Giao trinh bai tap chuong3 cstd

CHƯƠNG 8

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ AC

VIII. 1 CÁC VẤN ĐỀ VỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỀU:
1. So sánh động cơ xoay chiều và một chiều:
Động cơ xoay chiều gồm có động cơ đồng bộ (ĐB) và không đồng bộ (KĐB). Nếu động
cơ ĐB chỉ được dùng khi công suất rất lớn (hàng MW) do cấu tạo phức tạp và khó điều khiển thì
động cơ KĐB lại rất phổ biến ở mọi ngành kinh tế quốc dân. Vì thế từ động cơ xoay chiều
thường dùng để chỉ động cơ KĐB nếu không có sự nhấn mạnh khác. Ngoài ra, trong họ động cơ
xoay chiều còn có động cơ một chiều không cổ góp (brushless DC motor) được sử dụng ngày
càng nhiều trong công nghiệp vào thời gian gần đây do có các ưu điểm của động cơ KĐB và
động cơ một chiều. Vì thế trong chương này, ta sẽ khảo sát các sơ đồ truyền động với hai loại
động cơ này.
Ta có các so sánh sau về hai loại động cơ một chiều và KĐB:
Động cơ DC

Động cơ KĐB

Cấu tạo phức tạp, giá thành cao

Cấu tạo đơn giản, giá thành hạ

Hiệu suất thấp, sụt tốc theo tải lớn

Hiệu suất cao, sụt tốc theo tải bé

Yêu cầu bảo trì thường xuyên

Gần như không phải bảo trì

Momen khởi động, khả năng quá tải
(momen) lớn

Momen khởi động,
(momen) bé

Dòng khởi động lớn và không thể khỡi
động trực tiếp

Dòng khởi động lớn và cho phép khỡi
động trực tiếp

Điều khiển tốc độ chất lượng cao bằng
cách thay đổi áp phần ứng

Điều khiển tốc độ chất lượng cao bằng
cách thay đổi tần số nguồn (biến tần).

khả

năng

quá

tải

Trước đây, truyền động điện động cơ DC luôn được dùng khi cần chất lượng cao cho đến
khi các bộ biến tần bán dẫn xuất hiện. Từ những năm 70, các bộ biến đổi tần số bán dẫn đã được
nhiều công ty sản xuất nhưng chỉ đến các năm cuối thế kỷ 20 thì các hệ thống điều khiển tần số
động cơ KĐB mới thật sự chiếm lónh thò trường truyền động điện có điều khiển tốc độ, khi mà

giá thành và chất lượng biến tần có sự thay đổi về chất nhờ sự phát triển vượt bực của công
nghiệp bán dẫn công suất và vi điều khiển.
2. Đặc tính cơ động cơ KĐB và điều khiển tốc độ:
Có hai mô hình được sử dụng để khảo sát động cơ KĐB:
- Mô hình tónh: mạch tương đương của động cơ KĐB là một biến áp có thứ cấp quay. Mô
hình này thường được dùng khi khảo sát trạng thái xác lập hay quá trình quá độ điện cơ, khi cho
các cuộn dây động cơ không có quá trình quá độ (không có quá độ điện từ).
- Mô hình động: Mô hình này dựa vào lý thuyết về động cơ phổ quát (generalized
machine), sử dụng biểu diễn dạng ma trận hay phương trình trạng thái, nó cho phép khảo sát quá
trình quá độ khi tính đến quán tính điện từ của động cơ và nhờ đó điều khiển chính xác động học
của động cơ xoay chiều trong đó có động cơ không đồng bộ. Mô hình động phải được sử dụng
khi điều khiển vector.
Trang 1

Chuong 8 dk dco AC.doc


a. Mạch tương đương động cơ KĐB và đặc tính cơ:
Dòng điện ba pha lệch nhau 120o theo thời gian chạy qua các cuộn dây xtator được bố trí
60 ⋅ f
lệch 120o trong không gian sẽ tạo ra từ trường quay (TTQ) ở khe hở, có tốc độ là no =
tính
p
bằng vòng/phút (RPM), hay wo = 2.π . f khi tính bằng rad/s, với f là tần số , p là số đôi cực.
Momen quay là kết quả của sự tương tác của từ trường rotor và từ trường quay này. Ở động cơ
đồng bộ, từ trường rotor do nam châm vónh cửu hay dòng kích từ tạo ra. Ở động cơ KĐB, từ
trường rotor tạo ra do dòng điện cảm ứng trong các cuộn dây rotor với nguồn kích thích là TTQ
xtator. Vì thế rotor không thể tự quay đồng bộ (cùng tốc độ) với TTQ, khi mà sức điện động cảm
ứng bằng không dẫn đến dòng rotor bằng không.
Khi khảo sát sự làm việc trong chế độ xác lập ở tần số fo , mô hình của động cơ KĐB là

một biến áp, sơ cấp là các cuộn dây xtator, thứ cấp là các cuộn dây rotor. Khi rotor quay với tốc
w − wr
độ là wr , nó có độ trượt so với TTQ là s = o
và tần số dòng điện cảm ứng ở rotor sẽ bằng
wo

fr = s. fo . Mô hình biến áp quay của động cơ được trình bày trên hình VIII.1.1 (b) và mạch tương
đương khi quy đổi mạch rotor về xtator trên hình VIII.1.1 (c) và (d), trong đó:
X1, R1: điện kháng tản và điện trở cuộn dây xtator.
Xu: điện kháng từ hóa; Ro: đặc trưng cho các tổn hao trong mạch từ xtator.
X’2 và R’2: điện kháng tản và điện trở cuộn dây rotor quy đổi về xtator.
w
o
Từ trường
quay

jX1

w
r

R1

jX2

1:k
U

skE

E
Ro

Rotor

R2

jXu

XTATOR

ROTOR

Hình VIII.1.1.(a) Từ trường quay (TTQ) xtator và (b) mô hình động cơ dùng biến áp quay
jX1

U

R1

jX'2

XTATOR
Ro

jXu

ROTOR
qui đổi về
xtator

jXnm

R'2/s

jXu

U

(a) chính xác

R'2/s

(b) gần đúng

Hình VIII.1.1. (c) và (d): mạch tương đương của động cơ KĐB khi quy đổi về xtator và gần đúng.

Để tính toán đơn giản, người ta hay sử dụng mạch gần đúng hình VIII.1.1 (d) khi bỏ qua
R1, Ro và ghép X1 + X’2 = Xnm. Khi đó:
dòng điện rotor quy đổi về xtator: I2' =

Trang 2

Chuong 8 dk dco AC.doc

U
⎛R ⎞
2
+⎜
X nm

⎟
⎝ s ⎠
'
2

2

<VIII.1.1>


với U: điện áp pha và công suất cung cấp cho rotor (công suất điện từ) P2 hay công suất
2
R'
điện từ (tổng công suất rotor nhận) Pđt : Pđt = 3 2 ( I2' ) <VIII.1.2>.
s

Hình VIII.1.2.a. Đặc tính cơ động cơ KĐB khi thay
đổi áp xtator và (a) là đặc tính phụ tải quạt gió.

Hình VIII.1.2.b. Quan hệ dòng điện rotor I khi thay
đổi tốc độ, ở độ trượt s bé, I tỉ lệ với s,

Tổn hao của động cơ, xem như chỉ có ở điện trở rotor: ΔP

ΔP2 = 3.R2' . ( I2' ) = s.Pđt <VIII.1.3>
2

và công suất cơ nhận được trên trục động cơ: Po = M .ω = Pđt − ΔP = (1 − s ) Pđt <VIII.1.4>
Từ đó có thể suy ra biểu thức của momen :

M=

2.Mt
s st
+
st s

<VIII.1.5>

với Mt là momen tới hạn:

Mt xuất hiện khi độ trượt bằng giá trò tới hạn s = st = ±

Mt =

3.U 2
<VIII.1.6>
2wo .xnm

R2'
<VIII.1.7>.
xnm

và đặc tính cơ động cơ KĐB được vẽ trên hình VIII.1.2 khi thay đổi áp pha xtator U.
Các nhận xét:
¾ Nhận xét đầu tiên rất quan trọng là khi tần số fo không đổi, công suất điện từ tỉ lệ với
momen động cơ M và tổn hao rotor ΔP tỉ lệ với tích số độ trượt và momen:

Pđt = M .wo ; ΔP = s.M .wo <VIII.1.8>
Tổn hao rotor ΔP tỉ lệ momen M, độ trượt s và tốc độ đồng bộ wo, điều này không

phụ thuộc phương án điều chỉnh tốc độ. Từ đó suy ra các phương pháp điều khiển tốc độ động
cơ KĐ với tần số không đổi sẽ có hiệu suất thấp nếu momen tải M không đổi.
¾ Khi độ trượt s bé, momen M có thể xem tỉ lệ với độ trượt. Thật vậy:

Trang 3

Chuong 8 dk dco AC.doc


M=

2.Mt
s st
+
st s

U

I2' =

2.Mt .s
s
khi ta cho là
không đáng kể, và theo <VIII.1.1> :
st
st

U .s
R2'
(vì

khi
s
bé
R2'
s

X nm )
2
'
⎛
⎞
R
2
+⎜ 2 ⎟
X nm
⎝ s ⎠
suy ra khi đómomen M cũng tỉ lệ với dòng điện như động cơ một chiều.
¾ Khi độ trượt tăng cao, momen tăng chậm và qua cực trò là momen tới hạn Mt sau đó
giảm rất nhanh trong khi dòng điện I’2 vẫn tăng, đến 5.. 7 lần dòng đònh mức khi s = 1.
Momen bé (có thể bé hơn momen đònh mức ở các động cơ độ trượt bé, hiệu suất cao)
trong khi dòng khởi động lớn là nhược điểm rất lớn của động cơ KĐB so với động cơ
một chiều.
¾ M bằng không khi hoạt động ở tốc độ đồng bộ, động cơ hãm (tương ứng chế độ máy
phát) khi hoạt động ở tốc độ lớn hơn tốc độ đồng bộ và không có ổn đònh tónh với tải
mômen hằng số khi s > st hay s < - st . Độ trượt ở momen đònh mức từ 3 .. 5 % đối với

động cơ thông thường và cao hơn đối với các động cơ có momen khởi động lớn, dòng
khởi động bé. Có thể nhận xét là sụt tốc tương đối của truyền động điện dùng động cơ
KĐB theo tải khá bé so với động cơ DC.

b. Mô hình động của động cơ KĐB:
Mạch tương đương khảo sát phần a. chỉ đáp ứng cho việc tính toán chế độ xác lập hay
quá độ không tính đến quán tính điện từ. Để khảo sát đầy đủ hơn, kể cả ảnh hưởng của bảo hòa
từ trên đáp ứng của hệ thống, người ta sử dụng mô hình động của động cơ KĐB.
* Một số kiến thức cơ sở máy điện: (Xem phụ lục chương VIII : TTQ và các phép biến đổi)
- Biểu thức căn bản của momen động cơ: Từ nguyên lý momen của động cơ KĐB là do sự
tác động của từ trường khe hở trên dòng điện trong rotor, người ta thành lập biểu thức momen
động cơ KĐB. Momen này tỉ lệ với tích vector của dòng điện rotor và từ thông khe hở:
^
^
^
3 ^
3
M = . p.ψ m × Ir = . p. ψ m . Ir .sin δ <VIII.1.18> trong đó:
2
2
p: số đôi cực

^

ψ m : vector từ thông xuyên (móc vòng) khe hở xtator-rotor (cũng chính là TTQ)
^

I r : vector sức từ động (MMF) rotor
δ : góc lệch giữa vector sức từ động rotor và vector từ thông khe hở, hệ số 3/2 xuất hiện
do các tính toán 3 pha.
<VIII.1.18> là dạng vector của biểu thức momen (hay) lực điện từ, hay biểu thức momen
của động cơ một chiều.
- Thành lập hệ phương trình vi phân mô tả động cơ KĐB dựa vào tự cảm và hỗ cảm các
cuộn dây xtator và rotor: Phương trình cho vector điện áp xtator:

s

dψ s
v = Ri +
<VIII.1.19> trong đó chỉ số s dưới để cho biết là thông số mạch xtator,
dt
s
s

Trang 4

s
s

Chuong 8 dk dco AC.doc


s

s

s

chỉ số s trên dùng để nhấn mạnh là đang khảo sát đối với hệ tọa độ đứng yên. vs , is , ψ s lần lượt

là vector giá trò tức thời của áp, dòng xtator, từ thông móc vòng đối với hệ trục cố đònh. Mỗi
vector có thể biểu điễn dưới dạng:
s

X = X as U as + X bs U bs + X cs U cs <VIII.1.20>

với U as , U bs , U cs là các vector cơ hệ ba pha ( 1, e

j

2π
3

,e

j

4π
3

).

Nếu hệ trục tọa độ quay với tốc độ đồng bộ w, <VIII.1.19> được viết lại:

dψ s
+ ω ×ψ s <VIII.1.21> , tích vector ω ×ψ s là sức điện động sinh ra do sự
dt
quay của hệ. Tính tích vector, đổi phương trình <VIII.1.21> sang hệ tọa độ vuông góc quay tần
số w:
vs = Ris +

vqs = Rsiqs +

dψ qs

+ w.ψ ds

dt
<VIII.1.22>
dψ ds
vds = Rsids +
− w.ψ qs
dt

Nếu thế w = 0 vào, ta có lại phương trình áp xtator đối với hệ tọa độ vuông không quay
(α,β). Xét mạch rotor với giả sử có áp xung đối, phương trình ở hệ tọa độ quay cũng hoàn toàn
tương tự, chỉ số r để chỉ thông số rotor nhưng trong khảo sát ta luôn quy đổi về mạch xtator:
vqr = Rr iqr +

dψ qr

+ w.ψ dr
dt
<VIII.1.23>
dψ dr
− w.ψ qr
vdr = Rr idr +
dt

Vì rotor quay tốc độ wr nên đối với hệ trục quay tốc độ w, ta có tốc độ tương đối w – wr
và <VIII.1.23> phải bổ sung thành:

vqr = Rr iqr +

dψ qr

+ (w − wr )ψ dr

dt
<VIII.1.24> .
dψ dr
vdr = Rr idr +
− (w − wr )ψ qr
dt
<VIII.1.23>, <VIII.1.24> cho ta mạch tương đương trong hệ trục (dq) của động cơ KĐB có
áp xung đối như hình VIII.1.3, khi để ý:

ψ qs = Lls .iqs + Lm (iqs + iqr )
ψ qr = Llr .iqr + Lm (iqs + iqr )
ψ ds = Lls .ids + Lm (ids + idr )
ψ ds = Llr .iqr + Lm (ids + idr )

<VIII.1.25>

trong đó Ll là tự cảm tản, Lm là tự cảm từ hóa, chỉ số s hay r chỉ rằng đại lượng thuộc về

xtator hay rotor.

Trang 5

Chuong 8 dk dco AC.doc


w. ψ
i

qs

Rs

L =L

ls

v
qs

(w - wr ).ψ
dr

ds
s

_L

m

L =L

lr

L m

ψ qs

_
L
r

m

Rr

iqr
vqr

ψ

qr

Mạch tương đương trục q
w. ψ
i

ds

Rs

L =L

ls

v
ds

(w - wr ).ψ
qr

qs

s

_L

m

ψ ds

L =L

lr

L m

_
L
r
m

Rr

idr
vdr

ψ

dr

Mạch tương đương trục d

Hình VIII.1.3

Điện áp xung đối ở rotor vr đưa vào để nâng tính tổng quát của mô hình (nhớ lại mô hình

biến áp của động cơ). Với động cơ lồng sóc, đối áp này bằng 0 (ngắn mạch).

Từ đó có thể viết phương trình liên quan các thành phần dòng , áp xtator vds, vqs, ids,
iqs và rotor vqr, vdr, idr, iqr theo điện trở, điện cảm động cơ là 4 phương trình vi phân bậc
nhất, dưới dạng ma trận như sau:
⎡ vqs ⎤ ⎡ Rs + s.Ls
⎢ v ⎥ ⎢ −w.L
s
⎢ ds ⎥ = ⎢
⎢ vqr ⎥ ⎢
s.Lm
⎢ ⎥ ⎢
⎢⎣ vdr ⎥⎦ ⎢⎣ −(w − wr ) Lm

w.Ls
Rs + s.Ls

(w − wr ) Lm
s.Lm

s.Lm
−w.Lm

Rr + s.Lr

−(w − wr ) Lr

w.Lm
s.Lm

⎤ ⎡ iqs ⎤
⎥ ⎢i ⎥
⎥ ⎢ ds ⎥ <VIII.1.26>
(w − wr ) Lr ⎥ ⎢ iqr ⎥
⎥⎢ ⎥
Rs + s.Ls ⎥⎦ ⎢⎣ idr ⎥⎦

- Thành lập biểu thức momen: từ <VIII.1.18>, ta đổi sang hệ tọa độ (d,q):
3
p(ψ dm .iqr −ψ qm .idr ) hay khi thay thế bằng các gía trò tương đương
2
3
M = p(ψ dm .iqs −ψ qm .ids )
<VIII.1.27>
2
3
3
M = p.Lm (idr .iqs − iqr .ids ) = p.Lm .is .ir*
2
2
M=

ir* : vector liên hợp của dòng rotor

Biểu thức momen động cơ M này và cùng với phương trình căn bản của truyền động điện:
M − Mc = J

dwm 1 dwr
= J
<VIII.1.28> trong đó chỉ số m được thêm vào để ký hiệu
dt
p
dt

wm là tốc độ thực của động cơ (phân biệt w là tần số), wr là tốc độ điện, p là số đôi cực, cho ta
đủ điều kiện để khảo sát động học của động cơ có tính đến quán tính điện từ.

Ở tọa độ (d,q), dòng áp là những giá trò một chiều, cho phép tính toán đơn giản, sau đó ta
dùng các phép biến đổi trả về hệ ba pha thực tế.
Trang 6

Chuong 8 dk dco AC.doc


- Mô hình động cơ trong hệ α,β
i
(vuông góc cố đònh): Trong một số trường
αs
hợp đơn giản hay để kiểm chứng lại các v
biểu thức của khảo sát ở chế độ xác lập ở α s
phần a., ta cho w = 0 trong phương trình
<VIII.1.26> và mạch tương đương hình
VIII.1.3.

Rs

L

L

ls

ψ
αr

L m

ψ
αs

i

Rr

lr

αr

wr ψ r
β

Mạch tương đương trục α

Khi đó, các đại lượng dòng áp là
hình sin nhưng các biểu thức momen
i

βs
<VIII.1.27> sẽ không thay đổi khi viết ở
tọa độ (α,β) cố đònh (công thức Stanley). v s
β
Hình VIII.1.5 là mạch tương đương một
pha của động cơ khi có xét đến từ thông,

Rs

L

L

ls
L m

ψ
βs

i

Rr

lr

ψ
βr

βr

- wr ψ r
α

^

trong đó V m là vec tơ áp pha có suất (biên
độ) :

Mạch tương đương trục β

Hình VIII.1.4 Mạch tương đương ở hệ trục vuông góc cố
đònh

^

V m = vα2 s + vβ2 s

Trong đó vα s , vβ s là các điện áp ở hệ trục vuông cố đònh.
^

Từ thông xuyên (móc vòng) hay sức điện động cảm ứng ψ r có suất (biên độ) :
^

ψ r = ψ α2r + ψ β2 r

^
V
m

Rs

L

ls

L

lr

L m

^
ψ
r

L

Rr

^
V
m

^
w. ψ
r r

TH

R

TH

^
^
V = w. ψ
r r
TH

Hình VIII.1.5 Mạch tương đương một pha và sơ đồ Thevevin khi xem L từ hóa bằng vô cùng

Trong nhiều trường hợp, Lm lớn nên bỏ qua, ta có mạch Thevenin, trong đó:
^

^

RTH = Rs + Rr và LTH = Ls + Lr , V TH = w.ψ r
Các nhận xét: Việc chuyển sang tọa độ quay (d,q) quay cùng tốc độ từ trường đã biến các
đại lượng hình sin (hay vector) thành một chiều (không đổi), từ đó việc tính toán trở nên đơn
giản. Từ các ý nghóa của thành phần d, q của dòng điện (điện áp) trên, người ta có thể xây dựng
thuật toán điều khiển hiệu quả hơn động cơ KĐB, làm cho TĐĐ xoay chiều có thể cạnh tranh và
ngày nay đã vượt TĐĐ một chiều.
c. Các phng pháp điều khiển tốc độ động cơ KĐB rotor lồng sóc:

- điều khiển năng lượng trượt: Khi không thay đổi tốc độ TTQ (số đôi cực của cuộn dây,
tần số làm việc không đổi), ta chỉ có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng cách tăng sụt tốc (hay độ
trượt). Các phương pháp có thể sử dụng làđiều khiển (giảm) áp xtator, tăng R, X ở xtator. Như ta
Trang 7

Chuong 8 dk dco AC.doc

đã nhận xét ở phần khảo sát đặctính cơ, các phương pháp này có tác dụng rất hạn chế: tổn hao
ΔP tăng theo độ trượt, phạm vi điều chỉnh hẹp vì độ trượt s cần phải bé hơn st để hệ thống có ổn
đònh tỉnh.
- Điều khiển tốc độ TTQ: Khi thay đổi tốc độ TTQ, các phương trình đặc tính cơ không
đổi, và có thể xem các đặc tính của động cơ là không đổi nếu chế độ làm việc của động cơ
không lệch quá xa chế độ thiết kế. Khi đó, sụt tốc của động cơ bé, chỉ lệch với tốc độ của TTQ
độ trượt s có trò số khoảng vài phần trăm, kết quả là có thể sử dụng điều khiển vòng hở. Ngoài
ra, chi phí bảo trì thấp và hiệu suất làm việc rất cao vì như đã nhận xét ở trên, tổn hao tỉ lệ độ
trượt và công suất điện từ.
Có hai nguyên lý: thay đổi số đôi cực p và điều khiển tần số.
Nguyên lý 1 có bất lợi chính là có nấc cố đònh, phải thực hiện khi chế tạo. Có thể đổi nối
cuộn dây để thay đổi số đôi cực (tỉ số tốc độ 2:1) hay chế tạo động cơ có nhiều cuộn dây để có tỉ
số đònh trước. Phương pháp sau có đặc tính linh hoạt hơn nhưng kích thước, trọng lượng động cơ
tăng cao.
Lưới
T1

T2

T3

KCB

A
B
C

T4

T5

T6

i
o

3

L

v
o

NL
ND

L

R

N
Hình VIII.1.4.a: Biến tần trực tiếp, sơ đồ một pha

Lưới

L

3

C

NL
NA

Tải
3

Tải
3

Hình VIII.1.4.b: Biến tần có trung gian một chiều

Điều khiển tần số có khả năng điều chỉnh vô cấp nhưng yêu cầu sử dụng bộ biến đổi tần
số là một thiết bò rất phức tạp. Có hai loại biến tần bán dẫn:
- Biến tần trực tiếp (Cycloconverter) – hình VIII.1.4.a: Sử dụng các bộ chỉnh lưu điều
khiển pha làm việc 4 phần tư mặt phẳng tải với góc kích SCR thay đổi liên tục sao cho áp ra là
điện xoay chiều. BBĐ này chỉ cho ra tần số khá nhỏ so với tần số lưới điện nhưng có thể cung
cấp cho động cơ công suất rất lớn, hàng MW.
- Biến tần có trung gian một chiều: có sơ đồ khối như hình VIII.1.4.b. Điện lưới được
chỉnh lưu (có điều khiển hay không) thành một chiều và sau đó nghòch lưu trở lại xoay chiều.
Đây cũng là sơ đồ khối cho hầu hết những bộ nghòch lưu dùng trong công nghiệp vì năng lượng
điện của các nhà máy đều lấy từ lưới.
Có hai loại biến tần có trung gian một chiều phụ thuộc vào loại nghòch lưu được sử dụng:
Biến tần với nghòch lưu nguồn dòng (NLND) và nghòch lưu nguồn áp (NLNA). Các biến tần này
có đặc tính như bộ nghòch lưu tương ứng.
Như đã trình bày trong phần khảo sát nghòch lưu, khi giảm tần số là cần giữ từ thông các
cuộn dây không vượt quá giá trò cho phép, thường là đònh mức. Với nhận xét đó, ta có hai phương
pháp thực hiện biến tần bán dẫn cho điều khiển động cơ:

- Thay đổi áp cung cấp tỉ lệ với tần số để giữ từ thông qua mạch không vượt quá giá trò
cho phép (biến tần V/F). Khi duy trì được độ trượt s bé, động cơ KĐB sẽ làm việc với đặc tính
phụ tải momen không đổi. Bất lợi của sơ đồ điều khiển này (cũng như khi hoạt động với điện
lưới) ở chỗ ta cung cấp cho động cơ một nguồn áp còn momen, dòng điện động cơ phụ thuộc vào
Trang 8

Chuong 8 dk dco AC.doc


chế độ làm việc. Khi độ trượt lớn, dòng rất lớn trong khi momen bé làm giảm hiệu quả, đặc tính
động kém.
- Để động cơ có chế độ hoạt động
tối ưu hơn, ta có phương pháp điều khiển
vector. Dựa trên nghiên cứu mô hình động
của động cơ KĐB, người ta tìm ra được
quan hệ của các thành phần của dòng
xtator với từ thông khe hở và dòng điện
rotor, từ đó tính được trò số tức thời của
dòng xtator để tạo ra momen trên trục
mong muốn. Phương pháp này làm cho
đặc tính truyền động tốt hơn trong chế độ
tỉnh cũng như ở quá trình quá độ, có thể so
sánh được với động cơ DC. Trong chế độ
điều khiển này, từ thông của động cơ luôn
được kiểm soát ở giá trò tối ưu.
Điều khiển tần số động cơ KĐB là
phương án truyền động điện đáng chú ý Hình VIII.1.3. So sánh đặc tính cơ hai phương án điều
khiển tần số: V/F và vector.
nhất hiện nay do chất lượng cao và giá
thành ngày càng hạ. Ngay cả ở các phương án điều khiển đơn giản như biến tần V/F, hiệu suất

và chất lượng truyền động đã khá tốt.
Đối với động cơ rotor dây quấn, nhờ khả năng tác động vào mạch rotor, việc điều khiển
năng lượng trượt trở nên hiệu quả hơn. Có hai phương án:
* Sử dụng R phụ ở xtator: Khi đó Mt không đổi, độ trượt tới hạn st tăng theo R’2. Kết
quả là phạm vi điều chỉnh tốc độ được nới rộng, tổn hao rotor tiêu tán chủ yếu trên R phụ nên
không làm phát nóng động cơ ở độ trượt s lớn.
* Sử dụng sức điện động xung đối ở mạch rotor, còn gọi là hệ thống nối cấp. Khi đó, năng
lượng trượt được tái sinh về lưới hay biến ra cơ năng cung cấp cho tải, không những phạm vi điều
chỉnh tốc độ được nới rộng mà hiệu suất toàn hệ thống còn được nâng cao. Nhược điểm là hệ
thống phức tạp, sử dụng động cơ rotor dây quấn đắt tiền, có chi phí bảo trì cao hơn động cơ lồng
sóc.
VIII. 2 ĐIỀU KHIỂN NĂNG LƯNG TRƯT Đ. CƠ KĐB:
1. Điều khiển điện áp động cơ KĐB và Soft start:

Các công thức từ <VIII.1.5> đến <VIII.1.7> cho ta nhận xét: Cùng độ trượt s, khi thay đổi
(giảm) áp xtator: tốc độ TTQ không đổi, dòng điện thay đổi (giảm) tỉ lệtrong khi momen thay đổi
(giảm) theo bình phương. Không những thế, độ trượt tới hạn st theo lý thuyết là không đổi làm
phạm vi điều chỉnh tốc độ bò giới hạn và tổn hao trong rotor tăng theo độ trượt làm cho điều
khiển áp có tác dụng rất hạn chế đối với động cơ KĐB.

- Đặc tính điều chỉnh: Để giữ tổn hao ΔP không đổi khi tốc độ TTQ không đổi, từ
ΔP
ΔP = M .s.wo <VIII.1.8> suy ra momen tải phải giảm tỉ lệ nghòch với độ trượt: M =
. Phương
s.wo
án này thích hợp với tải quạt gió hay máy bôm ly tâm, các tải này có momen Mc tỉ lệ với wn , n
Trang 9

Chuong 8 dk dco AC.doc

> 2 – đường cong (a) trên hình VIII.1.2.a. Đặc tính điều chỉnh này đúng cho tất cả trường hợp
điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB không thay đổi tốc độ TTQ .
Trong thực tế, điều khiển áp xtator dộng cơ KĐB chỉ được sử dụng trong các trường hợp:
- Truyền động tải có M giảm mạnh khi giảm tốc như tải quạt gió hay máy bôm ly tâm
(còn gọi là tải có momen thay đổi – variable torque).
- Sử dụng cho các động cơ đặc biệt, có độ trượt đònh mức lớn, dòng khởi động bé, có thể làm
việc dài hạn ở độ trượt lớn. Đó là các động cơ có rotor rãnh sâu và điện trở lớn (lớp D theo hiệp
hội các nhà sản xuất thiết bò điện Mỹ – NEMA) hay động cơ có momen hầu như không đổi ở độ
trượt lớn (Torque motor). Loại thứ hai này có thể dùng cho các truyền động cuộn các sản phẩm
vào rulô, yêu cầu lực kéo không đổi khi tốc độ dài là không đổi ứng với tốc độ quay ru lô thay
đổi theo đường kính cuộn.
CONTACTOR (*)

khối SCR

T1

CB

M

G

CONTACTOR (*)

LƯỚI

T2

CT
ĐỘNG CƠ KĐB

ĐIỀU KHIỂN
- Hạn chế dòng
- Tào hàm dốc (RAMP)
- Liên động, điều khiển logic và
nối mạng

Hình VIII.2.1. Sơ đồ khối bộ soft start, trong đó các phần tử Hình VIII.2.2. Đặc tính cơ của động cơ ngẫu
có dấu (*) là tùy chọn, chỉ dùng cho các hệ thống đắt tiền. lực (Torque motor) khi điều chỉnh áp.

- Một ứng dụng quan trọng của các phương pháp này là dùng để khởi động động cơ KĐB.
Sơ đồ tăng dần áp xtator bằng bộ điều khiển pha áp AC để hạn chế dòng khởi động và điều
khiển gia tốc động cơ KĐB được ứng dụng rộng rãi, có tên thương mại là SOFT START. Chữ
SOFT START nhấn mạnh được khả năng điều khiển gia tốc của bộ khởi động. Một bộ soft start
hiện đại không chỉ có nhiệm vụ khởi động, nó còn có thể là một trung tâm đo lường – điều khiển
động cơ được nối mạng với bộ điều khiển trung tâm của dây chuyền sản xuất hay phân xưởng.
Một ứng dụng khác, ít phổ biến hơn, là sử dụng bộ điều khiển áp động cơ AC để tiết kiệm
điện năng. Khác với máy biến áp, động cơ KĐB có dòng không tải khá lớn (có thể đến 60%
dòng đònh mức) do có khe hở xtator-rotor trong mạch từ. Như vậy khi làm việc không tải, tổn hao
trong động cơ lớn và sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng động cơ. Trong trường hợp này, việc giảm áp
cung cấp làm giảm tốc độ, năng suất không đáng kể nhưng sẽ làm giảm dòng điện dẫn đến giảm
tổn hao công suất. Hàm điều khiển là giảm nhỏ nhất dòng qua mạch ở mọi chế độ làm việc, có
hạn chế áp tối thiểu và tối đa. Khi đang làm việc ổn đònh, nếu dòng tăng ta sẽ tăng áp đến khi
dòng qua cực tiểu và ngược lại.
2. Ly hợp trượt (động cơ VS) :

Một hệ thống rất phổ biến ở các nước Đông Á (Nhật, Đài loan) là động cơ VS hay ly hợp
trượt có sơ đồ khối HT như sau:

Lưới Ỉ Động cơ sơ cấp tốc độ cố đònh(KĐB) Ỉ Ly hợp trượt Ỉ Tải tốc độ thay đổi
Trang 10

Chuong 8 dk dco AC.doc


Ưu điểm sơ đồ này là rất đơn giản, rẻ tiền, dễ chế tạo nhờ sử dụng động cơ KĐB rotor
lồng sóc là truyền động sơ cấp. Nhược điểm của hệ thống này là hiệu suất thấp vì đây cũng là
phương án điều khiển năng lượng trượt. Ly hợp trượt gồm có hai phần (hình VIII.2.3):
- Phần chủ động (sơ cấp) là những cực
từ làm bằng những khối sắt kết hợp với cuộn
kích từ điện một chiều, nối cứng với động cơ sơ
cấp nên quay với tốc độ cố đònh. Từ trường tạo
ra là từ trường quay như động cơ KĐB.

Khớp chủ động

Khớp bò động

Tải

Động cơ
sơ cấp

- Phần thụ động (thứ cấp) cũng là những
Cuộn dây kích từ
những khối sắt nối với tải và chuyển động
trong TTQ của phần chủ động.
Hình VIII.2.3. Nguyên lý cấu tạo VS motor
Ly hợp trượt làm việc theo nguyên lý của động cơ KĐB, phần thụ động chuyển động quay

theo TTQ, nhưng độ trượt sẽ phụ thuộc vào dòng kích từ là dòng điện một chiểu qua cuộn dây và
momen cản của tải. Đặc tính cơ khi thay đổi dòng kích từ có dạng tương tự như đặc tính cơ động
cơ ngẫu lực trên hình VIII.2.2. Độ trượt tới hạn và momen khởi động đều lớn hơn giá trò tương
ứng của động cơ KĐB do cấu tạo của mạch từ. Nhờ mạch từ chỉ là những khối sắt mà khớp trượt
có thể làm việc dài hạn ở độ trượt lớn và có độ tin cậy cao.
Gọi P1, P2, ω1, ω2 lần lượt là công suất và tốc độ của phần sơ và thứ cấp và M là
momen của hệ thống, ta có:
P1= M.ω1 và P2= M.ω2 suy ra tổn hao trong khớp theo giản đồ hình VIII.2.5:

ΔP = P1− P2 = M.ω1 − M.ω2 = s. M.ω1 <VIII.2.1> như ở động cơ KĐB.

Máy phát
tốc
M, w1

M, w2
CKT

SCR

Df

Phát
xung

P1

Phản hồi
tốc độ

PI

Nguồn

Hình VIII.2.4. Sơ đồ động ly hơp trượt và mạch điều khiển

P2
ΔP

Đặt
tốc
độ

Hình VIII.2.5. Giản đồ truyền năng lượng ly
hơp trượt

Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tốc độ dùng khớp trượt được cho ở hình VIII.2.4. Tốc độ
phản hồi về bằng máy phát tốc AC chế tạo sẳn trong khớp. Bộ hiệu chỉnh thường là PI hay PID
và mạch động lực là chỉnh lưu điều khiển pha 1 SCR có diod phóng điện cung cấp năng lượng
cho cuộn kích từ. Sự đơn giản của bộ điều khiển đã làm giảm giá thành và tăng độ tin cậy của hệ
thống.
VIII.3 ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG BIẾN TẦN V/F:
1. Nguyên lý họat động:

Khi sử dụng bộ biến đổi tần số để cung cấp cho động cơ KĐB điện 3 pha với tần số f
Trang 11

Chuong 8 dk dco AC.doc

thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi theo tốc độ TTQ là wo = 2.π.f/p (rad/s), p: số đôi cực với sụt
tốc tương đối bằng độ trượt s khá nhỏ. Để giữ từ thông không vượt quá giá trò cho phép (thường
bằng đònh mức), điện áp động cơ cần phải thay đổi tỉ lệ với tần số.
Thật vậy, điện áp cảm ứng của cuộn dây khi có từ thông biến đổi hình sin: U ≡ N.φ .f
N: số vòng dây, φ: từ thông , f: tần số, suy ra U / f = hằng số để từ thông φ không đổi.
Thực tế, do sụt áp trong cuộn dây xtator còn
U/m
do điện trở, khi tần số đủ bé thì áp không còn giảm tỉ
lệ (đøng cong b. của hình VIII.3.1). Khi từ thông
được giữ không đổi, ta có thể chứng minh là momen
của động cơ có thể tạo ra cũng không đổi như đặc tính
(d)
(c)
cơ trên hình VIII.I.3 (của biến tần SYSDRIVE hảng
OMRON). Cũng giống như động cơ DC, khi làm việc
(b)
với từ thông không đổi, đặc tính phụ tải của động cơ
sẽ là momen không đổi và khi làm việc với tần số lớn
f
(a)
hơn đònh mức, điện áp động cơ được giữ không đổi và
ta có đặc tính phụ tải là công suất không đổi. Biến tần
Hình VIII.3.1: Đặc tính U / f: theo lý thuyết
cung cấp điện áp ngỏ ra là một hàm của tần số được
(a) và thực tế (b). Đặc tính U / f khi cần
gọi là biến tần V/F.
momen lớn (c) hay nhỏ (d).
Với các đặc tính phụ tải khác nhau, quan hệ
V/F cũng được hiệu chỉnh để động cơ có momen thích hợp. Ví dụ nếu phụ tải động cơ là máy
bôm ly tâm hay quạt gió, áp được phép giảm nhanh hơn tần số => từ thông giảm kéo theo dòng

từ hóa giảm, tăng được hiệu suất. Ngược lại, áp đặt vào động cơ có thể tăng một ít khi dòng tải
tăng để giảm sụt tốc, tăng momen (chức năng Torque boost hay Load Compensation của các
biến tần).
Biến tần được đặc trưng bằng hai thông số: áp (V) và công suất đònh mức (kW). Tuy
nhiên, dòng đònh mức và khả năng quá tải (ngắn hạn) của nó mới chính là tính năng thực của
biến tần. Có thể xem công suất đònh mức của biến tần tương ứng với động cơ có cos F tiêu biểu.
Các nhà sản xuất phân ra làm hai loại biến tần công nghiệp:
- Biến tần (làm việc với tải) momen không đổi (constant torque): được phép quá tải ngắn
hạn lớn (đến 165% giá trò đònh mức). Nhóm này cho phép khởi động đầy tải hay cung cấp gia tốc
lớn cho chuyển động.
- Biến tần (làm việc với tải) momen thay đổi (variable torque): thực tế là với tải có
momen giảm theo tốc độ như quạt gió, máy bôm ly tâm. Nhóm này khởi động hầu như không tải,
gia tốc khởi động bé và như vậy được chế tạo với khả năng quá tải ngắn hạn khá bé (từ 110%
đến 120% giá trò đònh mức). Có thể thấy là với cùng công suất đònh mức.
Đặc tính cơ khi điều khiển tần số:

•

có momen tới hạn Mt không thay đổi:

3. ( k. f )
3.U 2
Mt =
=
2wo .xnm 2 ( w / p ) .(wLnm )
2

với w = 2.π.f là tần số góc

R2'

R2'
tăng khi giảm f.
st = ±
=±
xnm
w.Lnm
• Đặc tính điều chỉnh: Như đã chúng minh ở trên, khi độ trượt s nhỏ, momen M của

Trang 12

Chuong 8 dk dco AC.doc


động cơ tỉ lệ với dòng I’2 và như vậy đặc tính điều chỉnh của động cơ khi thay đổi tần số là
momen không đổi: Momen không đươc vượt quá giá trò đònh mức để dòng qua động cơ trong
giá trò đònh mức. Đặc tính này cũng phù hợp với tính chất momen tới hạn Mt của động cơ
cũng không đổi khi điều chỉnh tần số.
2. Sự làm việc của động cơ AC với nguồn không sin:

Vì BBĐ sử dụng các ngắt điện, dòng hoặc áp qua động cơ là những xung vuông và đại
lượng còn lại cũng không thể hình sin. Kết quả làsự làm việc của động cơ bò ảnh hưởng, tác dụng
quan trong nhất của dòng áp không sin là động cơ bò phát nóng phụ và có momen phụ.
A. Sóng hài áp dòng đặt vào động cơ:

Sóng hài điện áp của nghòch lưu nguồn áp có những đặc tính:
- Vì là ba pha, hệ thống không có hài bội 3 và trong đa số trường hợp, không có hài bậc
chẵn, bậc của sóng hài bằng n = 6 k ± 1, k = 1, 2, 3 ..
- Biên độ giảm nhanh, tỉ lệ với 1/n.
Ví dụ khi phân tích sóng hài dạng áp nghòch lưu 6 nấc như hình VIII.3.2 ở trang sau, ta có
biên độ hài bậc n là Un = ± U1 /n, tính bằng số U5 = – U1 / 5 , U7 = + U1 / 7 . U1 là biên độ

hài cơ bản (bậc n = 1).
- Đối với nghòch lưu nguồn dòng, dòng qua động cơ là những xung vuông, có quan hệ như
ví dụ sóng hài áp trên.
+
D1

S1

A

S2

V
_

D4

S4

Hình VIII.3.2:

S5

D2

B

D5

S3

S6

Mạch động lưc.

D3

C

D6

Dạng áp dây và pha NL nguồn áp 6 nấc.

Trường hợp đặc biệt là khi hệ thống có điều chế, biên độ sóng hài ở tần số sóng mang rất
cao nhưng dòng điện tương ứng thường rất bé, không đáng kể như khảo sát sóng hài dòng điện
sau đây:
- Đối với nghòch lưu nguồn áp, sóng hài dòng có thể tính từ sóng hài điện áp theo nguyên
2

⎛ R' ⎞
lý xếp chồng từ tổng trở động cơ (hình VIII.1.1.b) đối với hài bậc n: Zn = ( n.w.Lnm ) + ⎜ 2 ⎟ .
⎝ sn ⎠
Zn có thể xem là tỉ lệ với bậc sóng hài n suy ra dòng bậc cao giảm tỉ lệ với bình phương của n.
2

Để tính chính xác hơn, cần để ý độ trượt sn phụ thuộc vào tần số.

Khi làm việc ở tốc độ đònh mức, s1 = s 0 trong khi so với tốc độ của TTQ sóng hài bậc
cao có tần số n lần lớn hơn, sn ≅ 1 và Zn n.w.Lnm từ đó suy ra trò hiệu dụng sóng hài bậc n:
IRn

Inm / n2 , chỉ số “R “ dùng để chỉ giá trò hiệu dụng, Inm = V1 / X nm là dòng ngắn mạch của

Trang 13

Chuong 8 dk dco AC.doc


động cơ, còn gọi là dòng khóa rotor (dòng qua động cơ khi rotor không quay) hay quen thuộc
hơn: dòng khởi động.
b. Phát nóng phụ:

Vì phát nóng trong mạch tỉ lệ với bình phương giá trò hiệu dụng dòng điện, khi sử dụng
dòng điện không sin, động cơ phải chòu thêm sự phát nóng của sóng hài dòng điện, gọi là phát
nóng phụ ΔPΣn. Với dạng sóng nghòch lưu áp 6 nấc, ta có:

⎛I ⎞
ΔPΣn = 3.R .∑ ⎜ nm
, n = 5, 7,11,13... <VIII.3.1>. Ta có thể tính tổng <VIII.3.1> và khi
2 ⎟
n ⎝ n ⎠
giả sử dòng khởi động Inm gấp 7 giá trò đònh mức, suy ra phát nóng phụ ở chế độ làm việc đònh
2

'
2

mức như sau:

2

ΔPΣn = 3i R2' i0.0021i Inm

0.1i3i R2' i I R2 1 = 10%i ΔP <VIII.3.2>

Vậy khi động cơ làm việc với dạng sóng nghòch lưu áp 6 nấc, tổn hao trong cuộn dây tăng
thêm 10% ở chế độ đònh mức hay nói cách khác, động cơ bò giảm khả năng tải khoảng10% để
giữ tổn hao trong giá trò cho phép. Ngoài ra động cơ còn có tổn hao phụ trong lõi thép do từ
trường tần số cao, nhất là khi dùng điều rộng xung.
c. Momen phụ:

Khi trong mạch từ có dòng điện 3 pha của sóng hài bậc cao, ta cũng có TTQ của sóng hài
và kết quả là trong động cơ xuất hiện các momen phụ:
- Momen quay của hài bậc cao. Sóng hài bậc 6k – 1 có TTQ ngược và 6k + 1 cùng chiều
với TTQ thành phần cơ bản. Do độ trượt đối với TTQ của hài bậc cao rất lớn momen này nên
không đáng kể.
- Momen đập mạch do sự tương tác của các từ trường không cùng tần số, đáng chú ý nhất
là momen M6, tạo ra do sự tương tác giữa hai sóng hài bậc 5 và 7, M6 là phách nên tỉ lệ với
| I5 – I7 | . Trong hệ thống dùng nghòch lưu áp 6 nấc, I5 – I7 = Inm / 50 và nếu ta xem momen tỉ
lệ với dòng điện, có thể suy ra momen đập mạch M6 lớn hơn 10 % momen đònh mức của động

cơ.

Sựï rung động do sóng hài còn gây tiếng ồn ở dãy tần số cao.
Khi tần số làm việc thấp, ảnh hưởng của sóng hài bậc cao trở nên quan trọng hơn và trong
các hệ thống điều khiển tần số động cơ KĐB, ta luôn phải giải quyết bài toán hạn chế sóng hài
bên cạnh việc điều khiển điện áp để nâng cao chất lượng hoạt động. Hiện nay, với các biến tần
điều rộng xung được bán trên thò trường, phát nóng và momen phụ hầu như không đáng kể.
Ảnh hưởng của biến tần với cách điện của động cơ: Là tải có tự cảm làm việc với thiết bò
đóng ngắt, bên trong động cơ KĐB có thể xảy ra quá áp cục bộ làm hỏng cách điện. Nguy cơ này
còn bò tăng cường bởi hiện tượng rung động ở tần số cao. Vì thế, các nhà sản xuất thường chế tạo

động cơ chuyên dùng với biến tần để có thể vận hành tốt hơn.
2. Sơ đồ điều khiển biến tần V/F cổ điển:
a. Sơ đồ điều khiển biến tần nguồn áp vòng hở: Hình VIII.4.5.
Hệ thống rất đơn giản, từ tín hiệu điều khiển tần số, ta suy ra yêu cầu điều khiển điện áp
qua khâu tạo hàm F/V. Từ hai tín hiệu này, ta điều khiển hoạt động của biến tần theo các sơ đồ

Trang 14

Chuong 8 dk dco AC.doc


đã được giới thiệu trong chương 5: nghòch lưu và biến tần. Khi làm việc ở tần số lớn hơn tần số
đònh mức của động cơ điện áp đặt vào động cơ không đổi suy ra từ thông động cơ bò giảm kéo
theo sự giảm của momen, tương ứng với chế độ làm việc công suất không đổi.
Điều khiển vòng hở rất thông dụng ở các bộ biến tần chất lượng thấp và trung bình, tuy
nhiên chất lượng hoạt động của hệ thống truyền động đã khá tốt vì sụt tốc tỉ lệ vớ độ trượt s ,
khá bé.
Lưới
Có thể thay đổi đặc tính bộ tạo hàm F/V
cho thích hợp với các tải khác nhau. Một ít
phản hồi dương dòng (bù tải – còn gọi là Load
compensation hay Torque boost) đïc sử dụng
để giảm độ sụt tốc độ theo tải. Mạch hạn chế
dòng cũng rất cần thiết để hạn chế sự cố khi có
các chế độ làm việc không thích hợp, ví dụ như
khi độ trượt lớn. Khi đó cả áp và tần đều giảm.

Bù sụt
tốc

V
+

ĐK điện áp
f
Biến tần

+
Đặt tần
số f *

ĐK tần số

Động cơ

Ở công suất nhỏ hơn vài trăm KW,
Hình VIII.4.5: Điều khiển biến tần nguồn áp vòng hở
Darlington transistor (trước đây) hay IGBT
luôn được sử dụng cùng với điều chế độ rộng xung hình sin. Trong thời gian gần đây, các bộ biến
tần này được điều khiển bằng các vi điều khiển có bộ điều rộng xung và việc điều chế độ rộng
xung hình sin thực hiện bằng chương trình.
Khác với nghòch lưu nguồn dòng, nghòch lưu nguồn áp có tính thuận nghòch. Với tải động
cơ KĐB, khi làm việc ở tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ (tốc độ TTQ), cơ năng được biến ngược
thành điện năng: ta có máy phát KĐB. Khi đầu vào biến tần là chỉnh lưu diod, điện năng này sẽ
được tích trữ trong tụ điện lọc phía một chiều làm điện áp tăng lên. Để nghòch lưu được phép làm
việc tiếp tục, ta phải đóng một transistor để tiêu hao chúng trên điện trở (hình III.4 chương III)
gọi là mạch hãm động năng, hay ta phải ngắt xung cung cấp cho bộ nghòch lưu và động cơ quay
tự do (coast to stop) để tránh hư hỏng thiết bò. Trường hợp này xảy ra khi giảm tần số hoạt động
quá nhanh hay động cơ làm việc với tải thế năng.
Một số tính năng hay gặp ở các biến tần thực tế:

- Đặt trước thời gian và dạng của quá trình tăng tốc (acceleration), giảm tốc
(deceleration). Ngoài việc điều khiển quá trình khởi động theo yêu cầu của tải, đây cũng là một
yêu cầu quan trọng với động cơ. Việc tăng dần tốc độ TTQ cho phép động cơ luôn làm việc ở độ
trượt s bé (momen lớn và dòng điện bé, là chế độ làm việc tốt nhất) khi khởi động.
- Hãm động năng (DC braking) động cơ KĐB bằng điện một chiều: động cơ KĐB thøng
không đủ momen khi sử dụng với biến tần V/F làm việc ở tần số dưới 3 Hz. Để hãm động cơ khi
muốn dừng chính xác, người ta đưa dòng một chiều vào cuộn dây xtator tương ứng với từ trường
cố đònh ở khe hở, rotor là phần tử đẫn điện khi di chuyển trong từ trường cũng sẽ có dòng cảm
ứng vàtổn hao, tương ứng lực hãm chuyển động.
- Có bộ hiệu chỉnh PID dùng cho ứng dụng biến tần vào điều khiển quá trình, khả năng
điều khiển từ xa qua mạng RS485, nhớ và hiển thò lỗi…
b. Sơ đồ điều khiển biến tần nguồn áp có phản hồi tốc độ:

Nhược điểm quan trọng của sơ đồ vòng hở là chất lượng truyền động không cao, ngoài việc
không kiểm soát chính xác tốc độ, ảnh hưởng sụt áp nguồn và tải thay đổi làm ảnh hưởng đến từ
Trang 15

Chuong 8 dk dco AC.doc


thông và momen động cơ. Để cải thiện, người ta lắp thêm mạch phản hồi tốc độ.
V

ĐK điện áp
f

+

+
ĐK w

_

Đặt w

ĐK tần số

ĐK I
_

Phản hồi w

Phản hồi dòng
ĐK ngắt dòng

Hình VIII.4.6.a: Điều khiển biến tần nguồn áp vòng kín với vòng tốc độ

- Trong sơ đồ đầu tiên sơ đồ điều khiển có vòng tốc độ (hình VIII.4.6.a), tần số ngỏ ra
được điều khiển bằng sai lệch tốc độ, Bộ hiệu chỉnh ĐK w có dạng tích phân tỉ lệ PI. Phản hồi
âm dòng được đưa vào để bảo vệ động cơ và hạn chế trường hợp khi khởi động, sai lệch tốc độ
quá lớn có thể làm tần số, điện áp tăng cao, dòng điện qua động cơ tăng cao nhưng momen vẫn
bé vì độ trượt lớn.
+
- Với sơ đồ hình Đặt w +
s
ĐK
s
ĐK tần số
VIII.4.6.b, sai lệch tốc độ sau khi rotor
_
+

xử lý được xem là độ trượt s ,
wr
cộng với tốc độ rotor để tạo nên
Phản hồi w
tần số đặt cho BBĐ. Sơ đồ này
rotor
ĐK s là bộ hiệu chỉnh PI có bảo hòa
cho phép điều khiển tốt hơn vì
khi đó, ngỏ ra của bộ điều khiển Hình VIII.4.6.a: Điều khiển biến tần nguồn áp vòng kín với hiệu
tốc độ ĐK w chính là giá trò chỉnh độ trượt s
momen động cơ

cần thiết (khi s bé momen tỉ tệ độ trượt) phù hợp với nguyên lý điều khiển truyền động điện.
Ngoài ra, độ trượt có thể được giới hạn khi bộ điều khiển ĐK w có dạng PI + khâu bảo hòa,
tránh trường hợp làm việc ở độ trượt lớn đã mô tả trên.
Ngoài hạt nhân điều khiển, tất cả các biến tần đều có những đặc tính khác tương tự như
điều khiển vòng hở đã mô tả trên.
Ngày nay, hai sơ đồ trong phần này ít thông dụng hơn vì khi cần truyền động chất lượng
cao, người ta chuyển sang dùng điều khiển vector.
3. Biến tần điều khiển từ thông và momen:
a. Biến tần điều khiển điện áp:

Từ mô hình vector của động cơ KĐB, ta có thể tính toán được momen và từ thông của
động cơ từ dòng và áp của động cơ làm cơ sở để điều khiển chính xác hơn. Vòng điểu khiển từ
thông tác động trên áp ra của nghòch lưu và vòng tốc độ – momen quyết đònh tần số ngỏ ra. Hai
vòng điều khiển tốc độ, momen đảm bảo chất lượng điều khiển tốt hơn các sơ đồ trên. Cũng
giống như hình VIII.4.6.a, ngỏ ra khối điều khiển tốc độ là độ trượt, được cộng với tốc độ rotor
để tạo ra tần số (tốc độ) yêu cầu.
Phương án này khắc phục nhược điểm của sơ đồ dùng khối tạo hàm F / V là khi điện áp
ngỏ ra được chỉnh vòng hở theo tần số, ta không xác đònh được chính xác từ thông, dẫn đến bảo

hòa hay thiếu – cả hai đều làm giảm momen của động cơ. Tuy nhiên, như theo sơ đồ khối ở hình
Trang 16

Chuong 8 dk dco AC.doc


VIII.4.7 ta cần có phản hồi dòng, áp ba pha và khối lượng tính toán lớn, dạng áp điều rộng xung
phải qua lọc để trích thành phần cơ bản. Một phương áp khác là đặt các cảm biến từ thông ở khe
hở xtator – rotor: cảm biến Hall hay cuộn dây. Cách này làm giảm khối lượng tính toán nhưng
cần sử dụng động cơ chế tạo riêng, làm biến tần không còn tiện dụng.
+
ĐK Ψ
Đặt từ
thông

+

_
Từ thông
động cơ
+

+
ĐK w

Đặt w

ĐK điện
áp

ĐK M

_

ĐK tần số

_

+

M
Phản hồi w
Từ thông
động cơ

Phản hồi
dòng 3 pha

Tính toán
M,Ψ

M

Phản hồi
áp 3 pha

Hình VIII.4.7: Điều khiển biến tần có phản hồi từ thông

b. Biến tần dùng nghòch lưu điều khiển dòng điện:

Sơ đồ điều khiển dòng điện hình sin bộ nghòch lưu điện áp (phần VIII.3.4) được ứng dụng rất
hiệu quả cho thuật toán điều khiển từ thông. Khi đó dòng xtator ba pha yêu cầu, tổng hợp từ ngỏ
ra khối điều khiển từ thông và điều khiển tần số của sơ đồ hình VIII.4.7, được so sánh với dòng
vào động cơ bằng mạch so sánh có trể để tác động các ngắt điện làm cho dòng xtator có giá trò
mong muốn.
Bộ tổng hợp dòng
điện ba pha có thể sử
dụng sơ đồ VIII.4.1b:
dùng chương trình ROM
và bộ biến đổi D/A để tạo
ra dòng ba pha có tần số
mong muốn. Việc phản
hồi từ thông sẽ chỉnh biên
độ dòng điện đặt sao cho
từ thông động cơ có giá trò
mong muốn.

Bộ so sánh có trễ
+

Đặt từ
thông
+

VDC

ĐK Ψ
_
Từ thông
động cơ

ĐK tần số

C

_

Is
Bộ tổng
hợp dòng
điện hình
sin ba pha

i aref
i

bref

i cref

+
_

Bộ nghòch
lưu điện áp

+
_

ia

ib

ic

Hình VIII.4.8: Biến tần dùng nghòch lưu điều khiển dòng điện

4. Biến tần điều khiển vector từ thông:
^
^
^
3 ^
3
Từ phương trình <VIII.1.18> M = . p.ψ m × Ir = . p. ψ m . Ir .sin δ cho thấy momen động
2
2

Trang 17

Chuong 8 dk dco AC.doc


cơ KĐB cũng dựa vào sự tương tác
giữa dòng rotor Ir và từ trường khe
hở ψm giống như động cơ DC.
Nếu ở động cơ DC, ta luôn
có momen tỉ lệ với dòng điện vì
sin δ = 1 (dòng điện và từ trường
luôn thẳng góc với nhau) và từ
thông khe hở chỉ phụ thuộc vào

dòng kích từ thì ở động cơ KĐB, cả
từ trường khe hở và dòng cảm ứng
ở rotor đều do áp xtator tạo ra làm
ta không thể điều khiển momen
động cơ bằng cách thay đổi độ lớn
và tần số điện áp xtator. Đây là
nguyên nhân của các nhược điểm Hình VIII.4.9: Dòng điện qua thanh dẫn phần ứng động cơ DC
biến tần V/F đã trình bày ở các luôn thẳng góc từ trường khe hở (do cực từ tạo ra)
phần trên.
Mô hình động của động cơ KĐB cho thấy khả năng điều khiển được momen động cơ
3
KĐB như động cơ DC. Phương trình momen <VIII.1.27> viết lại M = p(ψ dm .iqs −ψ qm .ids ) với
2
ψdm vàψqm là thành phần dq của từ thông móc vòng của khe hở, ids và iqs là thành phần dq của
dòng rotor trong hệ tọa độ quay. Khi ta giữ hai vector từ thông và dòng rotor luôn thẳng góc, biểu
thức momen được viết lại:
M=

3
p.ψ dm .iqs <VIII.4.2>
2

Nếu ta giữ từ thông có biên độ không đổi, momen M trở lại tỉ lệ với dòng như ở động cơ
DC. Khi ta để ý từ thông móc vòng ψdm do thành phần ids tạo ra:
M =K’. ids.iqs <VIII.4.3>
ids và iqs chính là hai ngỏ vào điều khiển để ta có thể tạo ta momen có giá trò mong muốn
ở chế độ tối ưu. Lưu ý đây là hai đại lượng vector quay.

Hình VIII.4.10: Sự tương đồng động cơ một chiều kích từ độc lập và điều khiển vector động cơ KĐB

Mặc dù nguyên lý khá đơn giản, điều khiển vector đòi hỏi công cụ tính toán mạnh (Vi xử
lý 16, 32 bit, DSP) bên cạnh hệ thống đo trực tiếp hay gián tiếp từ thông khe hở.
Như vậy hệ thống điều khiển sẽ có được hai vòng điều khiển tốc độ và momen như đã
Trang 18

Chuong 8 dk dco AC.doc


khảo sát trong phần điều khiển tọa độ, có khả năng cung cấp chất lượng truyền động rất tốt, ngay
khi ở tần số rất thấp.
VDC
C

Bộ tổng hợp dòng điện hình sin ba pha
M~i
d

Ψ ~ iq

iα

(d,q)

i

(α,β)

ia

(α,β)

β

ib
(a,b,c)

cos w t
e

w

ic

Bộ nghòch
lưu điện áp

PWM

sin w
e t

chuẩn
vector cơ hệ

Ψ
α
Ψ
β

^

|Ψ |
m

Tính biên độ
từ thông

Cảm biến
từ thông

Hình VIII.4.11: Nghòch lưu vector từ thông loại trực tiếp

a. Sơ đồ điều khiển trực tiếp: hình VIII.4.11
Được gọi là trực tiếp vì hệ thống cần có bộ phận đo trực tiếp từ thông khe hở, đặt vuông góc 90O
điện để nhận được từ thông ở hệ trục (α,β). Từ đó ta sẽ biết được vò trí cũng như tốc độ của
vector từ trường khe hở. Sử dụng các phép biến đổi vector từ tọa độ (d,q) sang (α,β) rồi (a,b,c)
ta có được dòng ba pha ia, ib, ic cần thiết để tạo ra momen M theo yêu cầu của bộ điều khiển và
đảm bảo từ thông động cơ ở giá trò đònh mức. Dùng một bộ điều khiển dòng điện hình sin (mục
VIII.3.4), ta tạo ra dòng điện động cơ cần thiết.
Sơ đồ điều khiển này có bất lợi lớn nhất là phải dùng động cơ được chế tạo riêng, gắn sẵn
cảm biến từ thông do đó ít được phổ biến dù đây là phương án chính xác nhất về nguyên tắc.
b. Sơ đồ điều khiển gián tiếp:
Cùng nguyên lý điều khiển vector từ thông
nhưng để tiện sử dụng với động cơ bất kỳ, người ta tận
ic
Tính toán
từ thông và
ia
dụng khả năng tính toán của các vi xử lý, để tính ra các
momen
vc

thành phần từ thông (d,q) từ dòng điện, điện áp và các
thông số mạch điện của động cơ nên còn gọi là điều
va
khiển không cần cảm biến từ thông (sensorless flux
vector control). Hệ thống như vậy ngoài khả năng tính
toán mạnh còn phải giải quyết hai bài toán: điều tra
thông số mạch điện của động cơ và sự thay đổi của các
thông số này theo nhiệt độ. Quy trình sử dụng một biến Hình VIII.4.12: Nghòch lưu vector từ thông
loại gián tiếp
tần vector như vậy sẽ có bước để biến tần đo thông số
động cơ (tuning) hay nhập các thông số này trước khi sử dụng (thực hiện một lần). Để loại ảnh
hưởng của nhiệt độ trên các thông số động cơ, có thể dự kiến một hệ số hiệu chỉnh theo nhiệt độ
hay đo lường một lần nữa (online tuning).
Trang 19

Chuong 8 dk dco AC.doc


Các sơ đồ điều khiển vector từ thông loại gián tiếp đang được ứng dụng rộng rãi và hiện
nay vẫn đươc liên tục cải thiện để nâng cao độ chính xác. Ngoài ra điều khiển vector từ thông
còn có thể kết hợp với nguyên lý điều chế độ rộng xung vector không gian đã giới thiệu ỏ phần
trên.
Các biến tần chỉ dùng điều chế độ rộng xung vector không gian (SVPWM) cũng được gọi
là biến tần vector, nhưng nếu để ý, ta sẽ thấy không có các từ khóa từ thông (flux vector), điều
khiển momen trực tiếp (direct torque control), truyền động điện chấp hành (servo drive) và
thường không có phản hồi tốc độ.
Hiện nay, các công ty kỹ thuật điện lớn đều có sản xuất các biến tần điều chế độ rộng
xung vector không gian cùng với thuật toán điều khiển vector từ thông ở nhiều mức độ chính xác
khác nhau. Một cách tổng quát, các sơ đồ chất lượng cao đều cần có phản hồi tốc độ, qua máy
phát tốc xung (pulse generator) có chiều (xung AB hay incremental pulse encoder).

VIII.5 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KHÔNG CỔ GÓP:
1. Nguyên lý hoạt động, cấu tạo động cơ một chiều không cổ góp:

Cùng với sự phát triển của ĐTCS, ta có sự xuất hiện của động cơ một chiều không cổ góp
(Brushless DC motor). Động cơ một chiều không cổ góp sử dụng nguồn một chiều nhưng cấu tạo
lại giống như các động cơ xoay chiều, bao gồm: rotor thường không có dây quấn, xtator là những
cuộn dây và bộ biến đổi công suất là phần tử bắt buộc.

Hình VIII.5.1: Sơ đồ hệ thống truyền động đầu từ video, quay trục chính điã cứng, quạt làm mát
CPU là những ví dụ tiêu biểu của động cơ một chiều không cổ góp

Hình VIII.5.1 cho ta cấu tạo của bộ truyền động đầu từ của máy đọc băng từ video là môt ví
dụ tiêu biểu của động cơ một chiều không cổ góp. Động cơ một chiều không cổ góp gồm các bộ
Trang 20

Chuong 8 dk dco AC.doc


phận sau:
- Rotor cấu tạo từ những nam châm vónh cữu, số cực từ là bội 2 (thường gọi là số đôi cực).
Trong ví dụ hình VIII.5.1, rotor có hình trụ rỗng 1 đầu (ly hình trụ), các cực từ bố trí ở mặt trụ.
- Xtator là bộ cuộn dây 3 pha (trong ví dụ là 6 cực), phân bố đều trên mặt trụ đối diện các
cực từ.
- Cảm biến vò trí rotor. Có thể dùng các cảm biến từ trường dùng hiệu ứng Hall (gọi tắt là
cảm biến Hall) đặt ở giữa cuộn dây, trên khe hở xtator- rotor để cảm nhận từ trường rotor hay
các bộ mã hóa vò trí dùng quang gắn ở đầu trục. Bộ phận này có thể bò thay thế bằng việc quan
sát áp/dòng qua cuộn dây hay không cần ở công suất bé, momen khởi động nhỏ như ở các quạt
tản nhiệt.
- Bộ nghòch lưu ba pha dùng transistor (hay SCR ở công suất rất lớn).
- Mạch phát xung hay vi xử lý, xử lý tín hiệu vò trí rotor để điều khiển bộ nghòch lưu.

Có thể xem động cơ một chiều không cổ góp là loại động cơ bước điều khiển theo chế độ
đặc biệt hay chính xác hơn, là một tổ hợp động cơ đồng bộ 3 pha (rotor là nam châm vónh cửu
hay nam châm điện ở công suất lớn) làm việc với bộ nghòch lưu đóng ngắt theo vò trí của rotor.
Như vậy bộ nghòch lưu làm nhiệm vụ của cổ góp động cơ một chiều: nối nguồn một chiều vào
các cuộn dây ba pha (tương đương với các cuộn dây phần ứng) khi rotor quay đến các vò trí xác
đònh như dòng điện một chiều chuyển mạch qua hệ thống cổ góp – chổi than.
Có nhiều dạng động cơ một chiều không cổ góp:
- Động cơ chấp hành xoay chiều (AC servo motor): có công suất nhỏ ( < vài kW), kích từ
bằng nam châm vónh cửu cực mạnh để tạo ra momen lớn khi tốc độ thay đổi trong phạm vi rộng.
Để đạt chất lượng cao, các nhà sản xuất thường sản xuất ghép bộ: động cơ (AC servo motor) đi
kèm bộ điều khiển (driver).
- Động cơ từ trở đóng ngắt (Switched Reluctance Motor) có có rotor cực lồi (là khối vật
liệu sắt từ có phân bố không giống nhau theo 2 trục d, q ) tương tự như động cơ đồng bộ loại từ
trở.

Hình VIII.5.2: Cấu tạo SR Motor.

Trang 21

Chuong 8 dk dco AC.doc


So sánh truyền động dùng động cơ DC không cổ góp và các phương án khác.

So sánh truyền động dùng biến tần - động cơ KĐB và dùng động cơ DC không cổ góp.

- Động cơ đồng bộ kích từ nam châm vónh cửu (Permanent Magnet Synchronous Motor –
PM Motor) chế tạo với công suất nhỏ và trung bình ( < trăm kW) dùng cho tải công nghiệp có
đặc điểm là số cực từ rất lớn (2p = 16..24) nên tốc độ làm việc bé có thể kéo trực tiếp tải
(gearless drive) điều khiển bằng biến tần vẫn dùng cho động cơ KĐB (với sự thay đổi trong thuật

toán điều khiển). PM Motor có ưu điểm lớn nhất là hiệu suất tổng cộng rất cao, hơn 90%. Như
vậy có thể nói PM motor là một loại AC servo motor công suất lớn nhưng chưa đáp ứng được yêu
cầu rất cao của truyền động chấp hành.
Trang 22

Chuong 8 dk dco AC.doc


- Động cơ một chiều không cổ góp công suất rất lớn (MW) truyền động cho tải công
nghiệp có kích từ bằng dòng điện một chiều qua vành trượt (như động cơ đồng bộ), dùng bộ
nghòch lưu ba pha SCR chuyển mạch nhờ vào sức điện động cảm ứng ở cuộn dây xtator (chuyển
mạch lưới).
2. Mô hình động cơ một chiều không cổ góp:

a. Các quan hệ điện cơ:

Hình VIII.5.3: sơ đồ không gian của vectơ từ thông và bố trí các cuộn dây.

Giả sử từ thông rotor tác động vào phân bố cuộn dây xtator là hình sin, nó có thể biểu
diễn dưới dạng vector Br quay với tốc độ góc (điện) w. Trong hình (a), Br được tính với trục
cuộn dây pha a (trục a), góc của nó bằng θ m (t) = w.t . Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây, tỉ
lệ với đạo hàm của Br , cũng là hình sin (giả sử cuộn dây được chế tạo thích hợp), nó có trò số
hiệu dụng tỉ lệ với từ thông rotor Br và tốc độ w, có giá trò cực đại khi Br thẳng góc trục a và
hướng xuống. Suy ra:
- Khi rotor là nam châm vónh cữu, ta có:
E = Ce.w

<VIII.5.1>

Ce là hằng số điện từ, tỉ lệ với từ thông rotor.

- Để có momen cực đại tương ứng với công suất cực đại, dòng điện I của pha a do BBĐ
cung cấp phải trùng pha với E, điều này được thực hiện bằng cách sử dụng cảm biến từ trường
rotor và sơ đồ logic điều khiển BBĐ thích hợp, ta có:
P = M.w = 3 E.I = 3.Ce.w.I => M = 3.Ce.I <VIII.5.2>

Vậy momen M của động cơ tỉ lệ với dòng qua cuộn dây I và như vậy cũng tỉ lệ với dòng
DC ở ngỏ vào BBĐ. Do BBĐ ở đây là nguồn áp, sức phản điện E của cuộn dây cũng sẽ tỉ lệ (gần
đúng) với điện áp một chiều cung cấp cho BBĐ. Ta có lại các quan hệ của động cơ một chiều
nhưng ở đây thì không có chổi than, cổ góp.
b. Mạch tương đương:
Mạch điện xoay chiều của pha a cho ta:
V = E + j.w.L.I <VIII.5.3> khi bỏ qua điện trở cuộn dây

Trang 23

Chuong 8 dk dco AC.doc


dw
cùng với <VIII.5.1>, <VIII.5.2> và
dt
<VIII.5.3> cho ta mạch tương đương của phần biến đổi điện cơ của động cơ một chiều không có
vành góp trên hình VIII.5.4.

Phương trình II của Newton M − MC = J

Hình VIII.5.4: mạch tương đương của phần biến đổi điện cơ của động cơ một chiều không có vành góp

Các khảo sát trên chưa đủ cho ta giải tích động cơ động cơ một chiều không có vành góp,

ta cần bổ sung quan hệ giữa áp, dòng cuộn dây V , I và dòng áp nguồn 1 chiều từ khảo sát hoạt
động của BBĐ với tải là các cuộn dây động cơ. Tuy nhiên, các quan hệ này đã đủ cho ta hình
dung được cách thức phát xung điều khiển BBĐ và sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tự động
động cơ.
3. Sơ đồ phát xung điều khiển BBĐ đơn
giản:

Để có dòng điện cuộn dây cùng pha với sức
điện động cảm ứng, cảm biến từ trường Hall phản
hồi vò trí rotor có sơ đồ khối hình VIII.5.5 được sử
dụng trong các ứng dụng đơn giản (ví dụ truyền
động quay đầu từ máy đọc băng video). Ở các sơ Hình VIII.5.5: Sơ đồ khối cảm biến từ trường
đồ truyền động chất lượng cao, ví dụ như ở các bộ phản hồi vò trí rotor
điều khiển động cơ chấp hành AC hay động cơ xoay chiều sử dụng nam châm vónh cữu, các bộ
cảm biến quang học được dùng, nó kết hợp phản hồi vò trí rotor cho phát xung và phản hồi vò trí /
tốc độ cho hệ truyền động.

(a) Dòng bắt đầu chạy từ C qua A

(b) Dòng bắt đầu chạy từ C qua B

Hình VIII.5.6: trạng thái cảm biến vò trí, dòng cuộn dây và rotor ở 2 vò trí kiên tiếp.

Trang 24

Chuong 8 dk dco AC.doc


Hình VIII.5.6 cho ta hoạt động của động cơ ở hai vò trí rotor liên tiếp (đặt tên là a và b ).
Cảm biến vò trí đặt ở giữa cuộn dây (vẽ ở phía đối diện), Dòng và cực tính của các cuộn dây

tương ứng được ghi chú để có thể thấy hệ thống tạo ra momen cực đại.
Giản đồ thời gian tín hiệu các cảm biến vò trí H1, H2, H3 và tín hiệu điều khiển đóng các
transistor Tr1.. Tr6 khi động cơ nối Y, transistor dẫn điện 120O cho trên hình VIII.5.7 sau. Ta có
thể nhận xét được lệch pha giữa từ trường rotor H1 và dòng Tr1 của pha a bằng 90O. Trên hình
cũng đánh dấu hai vò trí rotor của hình VIII.5.6 để đối chiếu.
Quay thuận:
Tr1 = (–H2) . H3
Tr4 = H2 . (–H3)
Quay ngược:
Tr4 = (–H2) . H3
Tr1 = H2 . (–H3)

Hình VIII.5.7: Hai chuỗi đóng ngắt có thể dùng để điều khiển động cơ. Một chu trình đóng ngắt
tương ứng một vòng quay khi động cơ có số cực 2p = 2 (p: số đôi cực).

Hình VIII.5.7 trình bày dạng xung đóng ngắt các transistor theo sơ đồ mô tả trên hình
VIII.5.6. Sơ đồ này cho ta dòng điện xung vuông và chỉ gặp ở động cơ nhỏ hay sử dụng SCR. Để
điều chỉnh tốc độ, người ta thay đổi áp cung cấp bằng cách điều rộng xung các transistor 1, 2, 3.
Để có dòng áp hình sin, ta có thểà sử dụng điều rộng xung hình sin các ½ cầu tương ứng
với góc dẫn của transistor bằng 180O. Sự khó khăn của việc thực hiện là phải làm cho tần số
điều rộng xung hình sin bám đồng bộ với vò trí rotor, bởi vì độ lệch pha giữa xung dòng và từ
thông nam châm rotor cũng ảnh hưởng trên momen cùng với biên độ. Sơ đồ này được sử dụng
trong các hệ thống công suất lớn hay cần chất lượng cao như các hệ truyền động chấp hành AC
Ngày nay, trong các biến tần chất lượng cao cũng có thuật toán này để điều khiển động cơ đồng
bộ sử dụng nam châm vónh cửu.
Sơ đồ điều khiển vòng kín hệ thống BBĐ – động cơ không cổ góp hoàn toàn giống như ở
động cơ một chiều, với sơ đồ điều khiển nhiều vòng: gồm vòng dòng điện, tốc độ, theo thứ tự từ
trong ra ngoài.

Trang 25

Chuong 8 dk dco AC.doc