Điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha trong cầu trục nhà máy thủy điện A Vương bằng phương pháp điều áp Stator và xung điện trở Rotor

Header Page 1 of 126.

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRẦN MINH NHỰT

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
TRONG CẦU TRỤC NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN A VƯƠNG
BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU ÁP STATOR
VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR

Chuyên ngành : Tự động hóa
Mã số:

60.52.60

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2012

Footer Page 1 of 126.


Header Page 2 of 126.

2

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN BÊ

Phản biện 1: PGS.TS. NGUYỄN HỒNG ANH

Phản biện 2: TS. TRẦN ĐÌNH KHÔI QUỐC

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
Thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày tháng
năm 2012.

* Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại học Đà Nẵng
- Trung tâm Học liệu, Đại học Đà Nẵng
Footer Page 2 of 126.


Header Page 3 of 126.

1

MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Ngày nay hầu hết trong cầu trục đều sử dụng biến tần để điều khiển
động cơ nâng hạ. Với một số ưu thế tuyệt đối là khởi động mềm và
điều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp, đường đặc tính cơ mềm hơn rất
nhiều so với các hệ còn lại, nhưng khi sử dụng bộ biến tần thì giá
thành đắt, khó sửa chửa khi sự cố xảy ra, hầu hết là phụ thuộc vào
nhà sản xuất. Với đề tài “Điều khiển động cơ không động bộ 3 pha

trong cầu trục nhà máy thủy điện A Vương bằng phương pháp
điều áp stator và xung điện trở rotor”, luận văn góp phần xây dựng
hệ điều khiển có thể thay thế phương pháp trên nhưng vẫn đạt yêu
cầu về khởi động và điều chỉnh tốc độ vô cấp, giá thành hạ, dể sửa
chửa khi có sự cố.
2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là động cơ không đồng bộ ba pha
(động cơ nâng hạ) trong cầu trục nhà máy thủy điện
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về hệ thống tự động điều chỉnh dòng
khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha với
momen không đổi
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tổng quan về động cơ không đồng bộ ba pha và các
đặc tính khởi động và điều chỉnh tốc độ động cơ
Nghiên cứu phương pháp điều khiển PID trong động cơ không
đồng bô ba pha
Xây dựng mô hình trên matlab simulik để đánh giá trên quả thu
được
4. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN ĐỀ TÀI

Footer Page 3 of 126.


Header Page 4 of 126.

2

Tối ưu hóa quá trình điều khiển, giảm dòng khởi động động cơ
không đồng bộ ba pha trong cầu trục, hạ giá thành, làm chủ được
công nghệ và dể bào trì sửa chửa khi có sự cố xảy ra

5. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN
Toàn bộ luận văn được chia làm 4 chương:
- Chương 1: Tổng Quan về cầu trục
- Chương 2: Tính chọn công suất động cơ truyền động
- Chương 3: Chọn phương án truyền động
- Chương 4: Thiết kế và tổng hợp hệ thống

Footer Page 4 of 126.


Header Page 5 of 126.

3

CHƯƠNG 1:
TỔNG QUAN VỀ CẦU TRỤC
Cầu trục nói chung được sử dụng trong nhiều ngành kinh tế khác
nhau như các phân xưởng lắp ráp cơ khí, xí nghiệp luyện kim, công
trường xây dựng, cầu cảng... Chúng được sử dụng trong các ngành
sản xuất trên để giải quyết các việc nâng bốc vận chuyển tải trọng,
phối liệu, thành phẩm... Có thể nói rằng, nhịp độ làm việc của máy
nâng chuyển góp phần quan trọng, nhiều khi có tính quyết định đến
năng suất của cả dây chuyền sản xuất ở các ngành nói trên. Vì vậy,
thiết kế hệ truyền động cần trục ở cơ cấu nâng hạ cần phải tuân thủ
chặt chẽ các quy trình kỹ thuật đồng thời cũng phải đảm bảo tính
kinh tế. Trước khi đi vào thiết kế hệ truyền động cho cơ cấu nâng-hạ
cầu trục, trong chương này ta đi tìm hiểu một số đặc điểm công nghệ
cùng với việc phân tích những nét chính trong yêu cầu truyền động
cầu trục.
1.1. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CƠ CẤU NÂNG-HẠ CẦU

TRỤC
1.1.1. Cấu tạo

Hình 1.1: Cấu tạo cầu trục
Với: G=150 tấn, G0 = 500Kg, Rt = 0,4m, u = 12, vn = 0,2m/phút,
i = 340

Footer Page 5 of 126.


Header Page 6 of 126.
với

i
 n

4

2  R t  n
u  vn

i  u  vn
12  0, 2  340 =324vòng/phút

2  R t
2  3,14  0, 4

1.1.2. Yêu cầu trong truyền động của có cấu nâng hạ
1.2. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH PHỤ TẢI
Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng hạ như sau:

MC
M

Hình 1.2: Dạng đặc tính cơ của cơ cấu nâng-hạ
1.3. XÂY DỰNG CÁC CÔNG THỨC CẦN THIẾT CHO TÍNH
TOÁN CƠ CẤU NÂNG HẠ
1.3.1. Phụ tải tĩnh khi nâng tải
1.3.2. Phụ tải tĩnh khi hạ tải
1.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Ở chương này ta đi tìm hiểu về một số đặc điểm chính của cầu trục
và xây dựng được công thức cần thiết cho cơ cấu nâng hạ là cơ sở để
ta đi chọn công suất động cơ ở chương 2

Footer Page 6 of 126.


Header Page 7 of 126.

5

CHƯƠNG 2:
TÍNH CHỌN CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
Chọn công suất động cơ phù hợp với yêu cầu truyền động là một
khâu quan trọng trong quá trình tiến hành thiết kế hệ thống. Việc
chọn công suất động cơ bao hàm cả việc chọn loại động cơ.
2.1. CHỌN LOẠI ĐỘNG CƠ
2.2. XÂY DỰNG BIỂU ĐỒ PHỤ TẢI TĨNH
Khi nâng tải: vn = 0,2m/phút
Mn = (G  G 0 ) R t = 17,35 (Kg.m) = 170,3(N.m)

u .i ..

c

Pn = ( G  G 0 ) v n = 35,41 (Kw)
1000 . c
Khi hạ tải: vh = 0,25 m/phút
Mh =

( G 0  G ). R t
(2 - 1 ) = 12,15(Kg.m) = 119,2
u .i
c

(N.m)
Ph =

1
( G 0  G ). v h
(2 ) = 30,9 (Kw)
1000
c

Khi hạ không tải hoặc nâng không tải, công suất động cơ thay đổi.
Hệ số mang tải:
K=
co =

G0
= 0,0033

G 0  G đm

1
= 0,03
a
1  b
k

Với a=0,6 1  c = 0,1 b=0,4 1  c = 0,07
c
c
+ Khi nâng không tải:

Footer Page 7 of 126.


Header Page 8 of 126.

6

Mno = G 0 . . R t = 1,634(Kgm) = 16,02 (Nm )
u .i .

Pno =

co

G 0 .v n
1000 . co

= 4,1 (Kw)

+ Khi hạ không tải:
Mho =

G 0 .R t
( 2- 1 ) = -1,536 (Kgm) = -15,06 (Nm )
u .i
co

Pho =

G 0 . v ho
( 2 - 1 ) = - 3,9 ( Kw )
1000
 co

Từ đó ta xây dựng sơ bộ biều đồ phụ tải như sau:

Hình 2.1: Biều đồ phụ tải tĩnh
Vậy ta chọn động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto dây quấn có các
thông số như sau:
- Pđm
- Tốc độ quay định mức

:55 Kw
:1447,5 vòng/phút

- Iđm
- Điện áp định mức

:105 A
: 380 V

- Tần số định mức
- Dòng điện rotor

: 50 Hz
: 94 A

- Điện trở stato

: r1  0 , 0 4 2 

- Điện kháng của dây quấn stator

: x1  0 , 1 6 

Footer Page 8 of 126.


Header Page 9 of 126.

7

- Điện trở roto qui đổi về stator

: r ,2  0 , 0 7 7 4 

- Điện kháng của dây quấn rotor

: x ,2  0 , 2 3 7 

- Độ trượt định mức

: s dm  0 , 0 3 5

- Hệ số công suất định mức

: c o s  dm  0 , 8 5

- Sức điện động của một pha rotor

: E 2  1 7 3V

2.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Việc tính chọn được công suất động cơ và loại động cơ truyền
động cơ ý nghĩa quan trọng trong việc chọn phương an truyền động
nhằm mục đích thỏa mãn đặc tính tải trong cầu trục.

Footer Page 9 of 126.


Header Page 10 of 126.

8

CHƯƠNG 3:
CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG
Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và

kết quả tính chọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một phương án khả
thi đáp ứng được cả yêu cầu về đặc tính kỹ thuật và kinh tế với công
nghệ đặt ra. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định
được loại động cơ truyền động, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù
hợp với đặc tính tải, sơ đồ nối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền
động.
3.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP KHI KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ
KHÔNG ĐỒNG BỘ
3.1.1. Các yêu cầu mở máy cơ bản
3.1.2. Các phương pháp mở máy
a. Phương pháp “khởi động cứng”
b. Xây dựng mô hình vật lý khởi động động cơ trong matlab
bằng phương pháp đóng điện trực tiếp
Từ những thông số động cơ đã chọn ở chương 2, ta đi xây dựng mô
hình khởi động trên matlab
C o n tinu o u s

Constant
torque

po we rgu i

0

Scope3

Iabc (A)

T orque
step

A

B

C

Tm

m

A

a

B

b

C

c

<R otor s peed (wm)>

-KGai n1

D ong co 55Kw

Hình 3.1: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương

pháp đóng cắt

Footer Page 10 of 126.


Header Page 11 of 126.

9

dong khoi dong bang phuong phap dong t ruc t iep dong co vao nguon dien
800

600

d
o
n
gd
ie
n(A
)

400

200

0

-200

-400

-600

-800

0

0.2

0. 4

0. 6

0. 8

1
thoi gian (s )

1. 2

1. 4

1. 6

1.8

2

Hình 3.2: Kết quả mô phỏng dòng khởi động bằng phương pháp

đóng cắt
c. Phương pháp “Khởi động mềm”
d. Lựa chọn phương án
3.2. KHỞI ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNGNG BỘ BẰNG CÁCH
BIẾN ĐỔI ĐIỆN ÁP NGUỒN ĐẶT LÊN CUÔN STATOR
3.2.1. Nguyên lý điều chỉnh
3.2.2. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha
1.1
1
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

2.2

2.4

2.6

2.8

3

Hình 3.8: Đặc tính cơ tự nhiện của động cơ không đồng bộ
rô to dấy quấn P = 55Kw
3.2.3. Đặc tính cơ khi điều chỉnh điện áp stator

Footer Page 11 of 126.


Header Page 12 of 126.

10

3.2.4. Xây dựng mô hình khởi động động cơ trong matlab
băng phương pháp điều áp xoay chiều 3 pha sử dựng 6 thyristor
mắc song song ngược
Consta nt
to rque 1

Con tinu ou s
po we rgu i

g

m

a

k

S cope3

0

Iabc (A)

-K <Rot or speed (wm )>

Sco pe2

T hyristor

+
v
-

D ongphaA

VA

TA-

+
v
-

D ongphaB

VB

D ongphaC

m

g

k

a

To rque

step

Ga in1
<Elect rom agnetic t orque Te (N* m )>

TB+

g

m

a

k

m

Tm

Thy risto r1

TA+

A

a

B

b

C

c

D ong c o 55K w

Thy risto r2

TB-

A

B

C

+
v
-

U dk

m

TC+

k

VC

DX

Out 1

TC -

g
a

Thy risto r3

K hoi ph at xung

Sub system 1

g

m

a

k

Thy risto r4
P ulse
Gen erator1

m

g

k

a

Thy risto r5

Hình 3.10: Mô hình vật lý khởi động động cơ bằng phương điều áp
xoay chiều
dong khoi dong bang phuong phap ha dien ap dat vào
600

400

D
o
n
g
d
ie
n
(
A
)

200

0

-200

-400

-600

0

0. 2

0.4

0.6

0.8

1
Thoi gian (s)

1.2

1.4

1. 6

1.8

2

Hình 3.11: Kết quả mô phỏng khởi động động cơ bằng phương điều

áp xoay chiều
3.3. HỆ ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG
PHÁP XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
3.3.1 .Nguyên lý điều chỉnh
3.3.2 Đánh giá và phạm vi ứng dụng
3.3.3 Mô tả toán học động cơ điện và bộ điều khiển xung điện
trở rotor
a. Đặc tính điều chỉnh xung điện trở rotor
b. Nguyên lý làm việc hệ điều chỉnh tốc độ xung điện trở rotor
3.4. ĐIỀU ÁP STATOR VÀ XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR CÓ
ĐỔI CHIỀU QUAY
3.4.1. Sơ đồ mạch lực

Footer Page 12 of 126.


Header Page 13 of 126.

11

Hình 3.15: Sơ đồ điều áp stato và xung điện trở roto
3.4.2. Đặc tính điều chỉnh

Hình3.16: Đặc tính cơ của hệ truyền động ĐAXC và xung điện trở
roto
3.4.3. Nguyên lý điều chỉnh điều áp stator và xung điện trở
rotor
3.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3

Footer Page 13 of 126.

Header Page 14 of 126.

12

CHƯƠNG 4:
THIẾT KẾ VÀ TỔNG HỢP HỆ THỐNG
4.1. KHỞI ĐỘNG MỀM ĐỘNG CƠ KĐB BẰNG ĐIỀU ÁP
STATOR
4.1.1. Yêu cầu
4.1.2. Xây dựng đặc tính điều chỉnh và đặc tính làm việc
của động cơ
Với:  = 31,890
(độ)

110

100

90

80

70

60

50

40

31,89

30

20

(độ)

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

31,9

Uđk

3,89

4,4

5

5,56

6,11

6,67

7,22

7,78

8,23

8,33

8,89

76

120

170

218

263

397

334

342

380

380

380

(V)
U(1)
(V)

Với:  = 49,80
(độ)

110

100

90

80

70

60

50

40

30

20

(độ)

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

49,8

Uđk

3,89

4,4

5

5,56

6,11

6,67

7,22

7,78

8,33

8,89

66

120

190

243

294

340

380

380

380

380

(V)
U(1)
(V)

Từ các số liệu ở bảng trên ta vẽ được các đặc tính điều chỉnh với
các góc  tương ứng.
4.1.3. Thiết kế hệ điều khiển khởi động mềm sử dụng điều
áp xoay chiều
a. Sơ đồ khối của hệ

Footer Page 14 of 126.

Header Page 15 of 126.

13

KN

ph

Uph
Uđ
Uphi

Uđk
-

Wđc(

Wbbđ
KNi


I

phi(

Hình 4.3: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện và tốc độ
b. Nguyên lý hoạt động của mạch
4.2. TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ VÀ HÀM TRUYỀN ĐẠT

CỦA HỆ THỐNG
4.2.1. Khâu phản hồi dòng điện
Vậy ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng:
phi = 0, 02.K cai

1  0,047 s

4.2.2. Khâu phản hồi tốc độ
Hàm truyền của khâu phản hồi tốc độ:
ph = Kph = 0,05.Kca
4.2.3. Hàm truyền của bộ biến đổi
Bộ biến đổi xoay chiều (BBĐ) được coi là một khâu trễ có hàm
truyền gần đúng :
Wbbđ 

K BBD
56, 9

1   s p 1  0, 0033 p

4.2.4. Hàm truyền của động cơ
a. Hàm truyền của động cơ khi có phản dòng điện
Wđc =

23,8
1  0, 012 p

Ta có sơ đồ khối của vòng phản hồi dòng điện :

Footer Page 15 of 126.

Header Page 16 of 126.
Uđặt

Uđk
-

Uphi

14

56,9
1 0,0033p

23,8
1  0,012p

0 , 0 2 .K ca i
1  0,047 s

KNi
Hình 4.6: Sơ đồ khối của mạch phản hồi dòng điện
b. Hàm truyền của động cơ khi có phản hồi tốc độ
Vậy hàm truyền của động cơ trong mạch vòng phản hồi tốc độ:
W

dc



0,44
1  0, 019 p

Ta có sơ đồ cấu trúc của hệ khi chỉ có phản hồi tốc độ:

Uđặt
Uph

Uđk


56,9
1  0, 0033p

-

KN


0, 44
1  0, 0 1 9 p

0,05.K
ca

Hình 4.7: Sơ đồ khối của mạch phản hồi tốc độ
c. Hàm truyền của toàn hệ thống
+ Xét mạch vòng phản hồi dòng điện :
Hàm truyền của hệ hở:

hi = Wbbđ.WđcI.phi

hi 

27, 08.K cai
1,86.10 p  7,5.10 4. p 2  0, 0623. p  1

Hàm truyền của hệ kín:

Footer Page 16 of 126.

6

3


Header Page 17 of 126.

ki 

15

27, 08.K cai
1,86.10 p  7,5.10 . p 2  0, 0623. p  27, 08.K cai  1
6

4

3

+ Xét mạch vòng phản hồi tốc độ:
Hàm truyền của hệ hở:
h = Wbbđ .Wđc .ph

h 

1, 234.K ca
6, 27.10 p 2  0, 0223. p  1
5

Hàm truyền của hệ kín:

k  

1, 234.K ca
6, 27.10 p  0, 0223. p  1, 234.K ca  1
5

2

4.2.5. Xét tính ổn định của hệ thống
a. Xác định miền giá trị của Kca để hệ thống kín ổn định
b. Đánh giá các chỉ tiêu động học của hệ thống kín
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi dòng điện
+ Khi Kcai = 0,5
Ta thu được đáp ứng bước
dap ung he thong Kc ai=0,5
1.6

1.4

1.2

A
m
p
litu
d
e

1

0.8

0.6

0.4

0.2

0
0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Time (s ec )

Hình 4.8: Đáp ứng bước của hệ thống khi có
Các chỉ tiêu chất lượng:
phản hồi dòng điện với Kca1 = 0,5
- Sai lệch tĩnh: e = 1,39%
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) :  = 64,44 %
- Thời gian điều chỉnh(setting time) : 0,225 s
+ Khi Kcai = 0,3 :

Footer Page 17 of 126.

0.35


Header Page 18 of 126.

16

Ta thu được đáp ứng bước
dap ung he thong Kc ai=0,3
1.5

A
m

p
l
it
u
d
e

1

0.5

0
0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

Time ( sec )

Hình 4.9: Đáp ứng bước của hệ thống khi có
phản hồi dòng điện với Kca1 = 0,3

Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,7 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) :  = 48,2 %
- Thời gian điều chỉnh(setting time): 0,179 s
+ Xét đối với mạch vòng phản hồi tốc độ.
+ Khi K ca = 0,5 :
Ta thu được đáp ứng bước
dap ung he thong Kcaw =0,5
0.4

0.35

0.3

A
m
p
li
t
u
d
e

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

Time (s ec )

Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi
dòng điện với Kcaw = 0,5
Các chỉ tiêu chất lượng:
- Sai lệch tĩnh: e = 1,8 %
- Độ quá điều chỉnh( overshoot) : = 0%
- Thời gian điều chỉnh: 0,0436s
- Khi K ca = 0,3 :

Footer Page 18 of 126.

0.07


Header Page 19 of 126.

17
dap ung he thong Kcaw =0,3

0.16

0.14

0.12

A
m
p
litu
d
e

0.1

0.08

0.06

0.04

0.02

0
0

0.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

0.07

0.08

0.09

0.1

Time (sec)

Hình 4.10: Đáp ứng bước của hệ thống khi có phản hồi
dòng điện với Kcaw = 0,3
Các chỉ tiêu chất lượng:

- Sai lệch tĩnh: e = 1,85 %
-

Độ quá điều chỉnh( overshoot):  = 0

- Thời gian điều chỉnh: 0,0538 s
4.3. XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
4.3.1. Tính điện trở điều chỉnh
Vì mômen của cơ cấu nâng hạ trong quá trình điều chỉnh là như
nhau M = const nên ta có:
3 I 22 ( r2  R f )
3 I 22 r2

 1S dm
1S B

Suy ra:
(r  R f )
r2
 2
 1 S dm
1 S B

 Rf 

r2 . S B
 r2
S dm

Vậy ta có:

R

,
2



0,0 6 0 6 .0, 7 7 6
0, 035

 1, 5 6 7 5 ( )

R f  ( R2, - r2) = 1,5675- 0,0606 = 1,507 ()
4.3.2. Tính điện trở một chiều quy đổi về rotor
Vậy:
Thay số:

Rf =

Rd
 Rd  2 R f
2

Rd = 2.1,507= 3,014 ()

Footer Page 19 of 126.


Header Page 20 of 126.

18

4.3.3. Tính toán bộ chỉnh lưu rotor
4.3.4 Tính chọn điện kháng lọc
4.3.5. Xác định dung lượng C
4.3.6. Tính chọn Thiristato R: Chọn Tc và Tp
4.4. TỔNG HỢP BỘ ĐIỀU CHỈNH VÀ MÔ PHỎNG TRÊN
MATLAB
4.4.1. Tổng hợp bộ điều chỉnh
a. Hàm truyền khâu phản hồi tốc độ
Ta có hàm truyền của bộ phát tốc là:
F (P ) 

0, 00663
1  0, 01P

b. Hàm truyền khâu phản hồi dòng điện
Ta có hàm truyền của khâu phản hồi dòng điện là:
Fi(P) 

0, 00425
1  0, 001 P

4.4.2. Tổng hợp mạch vòng
a. Khái quát chung
b. Tính toán các thông số
Td = 2 .9 , 7 5 .1 0  3  2 0 , 2 .1 0  3  0 , 0 0 8 5 5
2 .0 , 0 6 0 6  1, 5 0 7  3, 0 1 4

U1 f

I 2' 

2


R2' 
2
 r1 
  X nm
s 


K iU 1 f

I2 

2


R2' 
2
 r1 
  X nm
s



I 2


R

1
R'
KiU1 f . (r1  2 )
s
s
C
3
'
2

R2 2
2 
 (r1  )  X nm 
s



Footer Page 20 of 126.


Header Page 21 of 126.
I 2

R

1,1 3 .2 2 0 .

19

1
1, 5 0 7
(0, 0 4 2 
)
0, 6
0, 7 7 6
3

  9 9, 2 8

2
1, 5 0 7 2

2 
 (0 , 0 4 2  0, 7 7 6 )  0, 3 9 7 



M
R
 6I2
 A
I 2
 1 .s
M

R

 


R
3.U 21 f .  R1  R1    X 2 nm 
S 
 
  B
2
2


R
 1 .S .   R1    X 2 nm 
S 
 





1, 507 
3.220 2.  0, 042  0, 042 
 0, 397 2 

0, 776 
M


  27, 37
B


2
2
R


1, 507 
151, 7.0, 6.   0, 042 
 0, 397 2 
0, 776 
 


c. Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện và tốc độ xung điện trở
rotor
Do ảnh hưởng của khâu

I
và M C là không đáng kể nên
 s

để dễ cho việc tổng hợp mạch vòng ta có thể bỏ qua. vậy ta có sơ đồ
sau.

Hình 4.18: Sơ đồ cấu trúc đơn giản hoá hệ thống điều chỉnh điện trở
rotor

Footer Page 21 of 126.


Header Page 22 of 126.

20

d. Tổng hợp mạch vòng dòng điện

Hình 4.19 .Sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện.
Đối tượng điều chỉnh có hàm truyền đạt
Soi =

Ki .C .R1 / 2U dm
K

(1  Tvo . p )(1  Td . p)(1  Ti . p ) (1  Tvo . p )(1  Td . p)(1  Ti . p )

Theo tiêu chuẩn modun tối ưu:
Fi ' 

1
1  2 s p  2 s2 . p 2

Trong đó:  f  min( Ts , Td )  Ts
Thay vào ta có:

Ri 

1  Td . p
T
1
1
 d 

 KR 
2 KTS . p 2TS K 2Ts K . p
2TS K . p

Vậy bộ điều chỉnh dòng điện có dạng khâu PI:
KR 

Td
2Ts K

Tính:
K

K i .C.R f
2.U tm
Ri 

Footer Page 22 of 126.



0,00425.99, 28.3, 014
 0, 635
2

0, 00885
1

0, 002
0, 002 P

Header Page 23 of 126.

21

e. Tổng hợp mạch vòng tốc độ

Hình 4.22 Sơ đồ cấu trúc mạch vòng tốc độ.
Ta thấy rằng:

B .T d
2 4 , 1 3 .0 , 0 0 9 7

 0, 0019
C
122

là nhỏ có thể bỏ qua

Hàm truyền:
S o 

K (AC  B) / C
K i J P (1  T  . p ) (1  T S . p  2 T S2 . p 2 )

Áp dụng tiêu chuẩn Modun đối xứng
1  4 f . p

F =

1  4 . p  8 f . p 2  8 f . p 3

Ta thấy rằng: 2TS.T = 2.0,0015 . 0,01 = 0,3.10-4(s) rất nhỏ có thể bỏ
qua
Ta có:
R



p 



1  4
'

K . 8

f
2
p

.p
.p



1
2

f

K

'



1
K '8

Vậy R(p) có dạng khâu PI
Đặt 

f

 2 .T S  T   0 , 0 1  2 . 0 , 0 0 1 5  0 , 0 1 3 ( s )
R



Footer Page 23 of 126.



1
1, 3 5



1
0 , 0 7 0 3 P

2
f

.p


Header Page 24 of 126.

22

4.4.3. Mô phỏng hệ thống điều chỉnh tốc độ xung điện trở
rotor trên matlab
a. Sơ đồ hệ thống mô phỏng
0 .0 0 4 25
0 .0 01 s+1
Scop e 1
PH d o n g

1

PI(s)

PI(s)

PI1

PI2

0 .3s+1
Ste p

Sa tura tio n 2
tran fe r

0.7 53 5

9 9.2 8

0 .0 00 5 s+1

0 .0 0 9 7s+1

tran fe r1

do n g co3

1

-K-

0 .22 5 s

Sco p e

G ai n
M o me n tru c

m o me n can
1 47 8
Scop e 3
-K-

<Ro tor sp e ed (wm)>

Ga in 2
0 .0 06 6 3
0.0 0 1s+1
PH to c do

Hình 4.24: Sơ đồ mô phỏng hệ thống điều khiển tốc độ động cơ trên
matlab
b. Đồ thị tốc độ
Dap ung toc do voi Udk =4 V
600

T
o
cd
o(v
o
n
g
/p
h
u
t)

500
400
300
200
100
0

-100

0

1

2

3

4

5
Thoi gian (s )

6

7

8

9

10

Hình 4.25: Kết quả mô phỏng điều chỉnh tốc độ ứng với U dk  4V
Dap ung toc do k hi thay doi Udk tu 4V den 10 V
1600
1400

T
o
cd
o
(
v
o
n
g
/p
h
u
t)

1200
1000
800
600
400
200
0
-200

0

1

2

3

4

5
Thoi gian (s )

6

7

8

9

10

Hình 4.26: Kết quả mô phỏng điều chỉnh tốc độ ứng với U dk tăng từ
4V lên 10V
c. Đồ thị dòng điện rotor

Footer Page 24 of 126.

Header Page 25 of 126.

23
dong dien roto

70
60

D
on
gdie
n(A
)

50
40
30
20
10
0
-10

0

1

2

3

4

5
Thoi gian (s)

6

7

8

9

10

Hình 4.27: Kết quả mô phỏng dòng roto
4.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG IV
Với kết quả mô phỏng trên ta nhận thấy rằng với hệ thống điều
khiển “điều áp stator và xung điện trở rotor” như đã thiết kế thì chất
lượng hệ thống luôn luôn được đảm bảo đáp ứng được tốc độ và
momen khi ta thay đổi vị trí đặt tại tín hiều đầu vào.
Kết quả mô phỏng thu được hoàn toàn phù hợp với các kết quả
nghiên cứu lý thuyết, điều này chứng tỏ thuật toán và cách thức xây
dựng bộ điều chỉnh là đúng và chính xác.

Footer Page 25 of 126.