MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA GẮN HỆ TỌA ĐỘ ROTOR

MỤC LỤC


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

LỜI MỞ ĐẦU
Trong sự nghiệp công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, Truyền động điện giữ một
vai trò quan trọng trong các dây truyền sản xuất để nâng cao năng suất và chất lượng sản
phẩm.
Trong trường học, truyền dộng điện là môn học quan trọng. Nó giúp cho sinh viên
hiểu được rõ bản chất truyền động, cơ điện, từ động của động cơ một chiều và xoay chiều,
các đặc tính, các chế độ làm việc của động cơ.
Đề tài “ Mô phỏng động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha gắn hệ trục tọa độ
rotor” một phần nào đó đã giúp em có cái nhìn tổng quan về hệ động cơ xoay chiều, đặc
tính momen…Trong suốt quá trình làm đồ án em nhận được sự hướng dẫn chỉ bảo tận
tình của thầy Phạm Đức Đại, cùng sự góp ý của các bạn trong lớp, em đã hoàn thành bản
đồ án. Tuy nhiên, do kiến thức còn hạn chế, điều khiện tiếp cận thực tế của bản thân em
còn chưa nhiều nên đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được
nhiều ý kiến đóng góp và nhận xét của các Thầy giáo cô giáo cùng các bạn sinh viên để
bản đồ án hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo cùng các bạn trong lớp 55KTĐ – TĐH đã
giúp em hoàn thành bản đồ án này !

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 2

Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
GẮN HỆ TRỤC TỌA ĐỘ ROTOR

I.
Mô hình không gian vector của
1. Không gian vector dòng điện stator

Dòng điện 3 pha stator :

động cơ xoay chiều

isA isB isC
,

,

Vector dòng điện stator :

2
is = isA ( t ) + isB ( t ) e jγ + isC ( t ) e j 2γ 
3
2
is = isA ( t ) + aisB ( t ) + a 2isC ( t ) 
3


SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 3

γ = 2π 3
với

với

a = e j 2π 3


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Không gian vector pha của dòng điện stator có thể định nghĩa như 1 pha mà phần thực
là

isD (t )

isQ (t )
và phần ảo là

is = isD + jisQ

Từ đó, ta có thể chuyển vector pha dòng điện từ hệ tọa độ 3 pha => dq

2
is = isA ( t ) + aisB ( t ) + a 2isC ( t )  = isD + jisQ
3
Ta có:

a = e j 2π 3 = cos(

2π
2π
−1
3
) + j sin( ) =
+j
3
3
2
2

a = e j 4π 3 = cos(

4π
4π
−1
3
) + j sin( ) =
−j
3
3
2
2

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 4

với

a = e j 2π 3


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

2
1
1 
2 3
is = isA − isB − isC  + j
[ isB − isC ]
3
2
2 
3 2


2
1
1 

1
isD = isA − isB − isC  và isQ =
[ isB − isC ]
3
2
2 
3


isD

: Đại lượng thực dòng điện stator biểu diễn trên hệ trục tọa độ gắn stator

isQ
: Đại lượng ảo dòng điện stator biểu diễn trên hệ trục tọa độ gắn stator

Vector dòng điện stator quy đổi gắn hệ trục tọa độ rotor (
θr

: góc lệch giữa hệ trục tọa độ rotor và stator

αr

: góc quay của rotor

is = isD + jisQ is′ = isd + jisq
Ta có

:

,

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 5

is′

is′ = is e − jθr
):


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

isd

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

: là đại lượng thực của dòng điện stator quy đổi sang hệ trục tạo độ rotor

isq
: là đại lượng ảo của dòng điện stator quy đổi sang hệ trục tạo độ rotor

is′ = is e− jθr = ( isD + jisQ ) [ cos(θ r ) − j sin(θ r ) ]
isd   cos(θ r ) sin(θ r )  isD 
i  = 
 
 sq   − sin(θ r ) cos(θ r )  isQ 


2. Không gian vector dòng điện rotor

Dòng 3 pha stator :

ira irb irc
,

,

Vector dòng điện rotor :

2
ir = ira ( t ) + irb ( t ) e jγ + irc ( t ) e j 2γ 
3

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 6

γ = 2π 3
với


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Vector không gian pha của dòng điện rotor gắn với hệ trục tọa độ roto:

ir = irα + jir β
2
1
1
1

irα = ira ( t ) − irb ( t ) − irc ( t )  và ir β =
[ irb − irc ]
3
2
2
3



Ngoài ra, ta có thể biểu diễn dòng điện rotor sang hệ trục tọa độ stator:

ir

Vector dòng điện rotor( ):

ir = ir e jα r
với

αr

: góc quay của dòng điện rotor

Vector dòng điện quy đổi sang hệ trục tọa độ stator (

ir′

):

ir′ = ir e j (α r +θr ) ⇒ ir ′ = ir e jθr
θr

: góc lệch giữa hệ trục tọa độ rotor và stator

ir = irα + jirβ ir′ = ird + jirq
Ta có:

,

ir′ = ir e jθr = ( irα + jirβ ) [ cos(θ r ) + j sin(θ r ) ]
ird  cos(θ r ) − sin(θ r )  irα 
i  = 
 
 rq   sin(θ r ) cos(θ r )  ir β 


ird

: là đại lượng thực của dòng điện rotor quy đổi sang hệ trục tạo độ stator

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 7

Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

irq
: là đại lượng ảo của dòng điện rotor quy đổi sang hệ trục tạo độ stator
3. Không gian vector từ thông stator

Vector từ thông stator:

2
Ψ s =  Ψ sA + aΨ sB + a 2Ψ sC 
3

Ψ sA = Ls isA + M s isB + M s isC + M sr cos(θr )ira + M sr cos(θr + 2π 3)irb + M sr cos(θ r + 4π 3)irc
Ψ sB = LsisB + M s isA + M sisC + M sr cos(θr + 4π 3)ira + M sr cos(θ r )irb + M sr cos(θ r + 2π 3)irc
Ψ sC = LsisC + M sisB + M sisA + M sr cos(θ r + 2π 3)ira + M sr cos(θ r + 4π 3)irb + M sr cos(θ r )irc
Ls

: Tự cảm của 1 pha stator

Ms

: Hỗ cảm giữa các pha stator

M sr

: Hỗ cảm giữa stator và rotor

Ψ s = Ls is + Lm ir′ = Ls is + Lm ir e jθr
với



Ls = Ls − M s

Vector từ thông stator gắn với hệ trục tọa độ dq:

ir′ = ird + jirq

Ψ s = Ψ sD + jΨ sQ
vì

Ψ sD = LsisD + Lmird


Ψ sQ = LsisQ + Lmirq


SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 8

,

3
Lm = M sr
2

Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Vector từ thông stator gắn với hệ trục tọa độ rotor:

Ψ s′ = Ψ sd + jΨ sq

Ψ s′ = Ψ s e − jθr

Ψ s = Ψ sD + jΨ sQ
và

 Ψ sd   cos(θ r ) sin(θ r )   Ψ sD 
Ψ  = 


 sq   − sin(θ r ) cos(θ r )   Ψ sQ 

4. Không gian vector từ thông rotor

Vector từ thông stator :

2
Ψ r =  Ψ rA + aΨ rB + a 2Ψ rC 
3

Ψ ra = Lr ira + M r irb + M r irc + M sr cos(θ r )isA + M sr cos(θ r + 4π 3)isB + M sr cos(θ r + 2π 3)isC

Ψ rb = Lr irb + M r ira + M rirc + M sr cos(θ r + 2π 3)isA + M sr cos(θ r )isB + M sr cos(θ r + 4π 3)isC
Ψ rc = Lr irc + M r irc + M r irb + M sr cos(θ r + 4π 3)isA + M sr cos(θ r + 2π 3)isB + M sr cos(θ r )isC

Lr

: Tự cảm của 1 pha stator

Mr
M sr

: Hỗ cảm giữa các pha stator
: Hỗ cảm giữa stator và rotor

Ψ r = Lr ir + Lm is′


với

Lr = Lr − M r

,

3
Lm = M sr
2

Vector từ thông rotor gắn với hệ trục tọa độ rotor(

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 9

αβ

):


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

is′ = isd + jisq

Ψ r = Ψ rα + j Ψ r β
vì

Ψ rα = Lr irα + Lmisd


Ψ r β = Lr ir β + Lmisq



Vector từ thông rotor gắn với hệ trục tọa độ stator:

Ψ r′ = Ψ rd + jΨ rq

Ψ r′ = Ψ r e jθr

Ψ r = Ψ rα + jΨ rβ
và

 Ψ rd  cos(θ r ) − sin(θ r )   Ψ rα 
Ψ  = 


 rq   sin(θ r ) cos(θ r )   Ψ r β 

5. Không gian vector điện áp stator

2
us = usA ( t ) + ausB ( t ) + a 2usC ( t ) 
3
Vector điện áp stator:

với

a = e j 2π 3

Cũng tương tự như dòng điện:

us = usD + jusQ
Vector điện áp stator gắn với hệ trục tọa độ dq:

2
1
1 
usD = usA − usB − usC 
3

2
2 

u sQ =

u sO =

1
[ usB − usC ]
3
1
[ usA + usB + usC ]
3

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 10


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

usO 
 
usD  =
usQ 
 

1 2
2

1
3
0


GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

  usA 
 
  usB 
3 2 − 3 2  usC 

12
−1 2

12
−1 2



us′ = us e − jθr = usd + jusq
Vector điện áp stator gắn với hệ trục tọa độ rotor:

2
usd + jusq = usA ( t ) + ausB ( t ) + a 2usC ( t )  [ cos(θ r ) − j sin(θ r ) ]
3
 uso 
12
12
 12

  usA 
2
 

 
usd  = 3  cos(θ r ) cos(θ r − 2π 3) cos(θ r − 4π 3)   usB 
 usq 
 − sin(θ r ) − sin(θ r − 2π 3) − sin(θ r − 4π 3)  usC 
 

6. Không gian vector điện áp rotor

Vector điện áp rotor:

2
ur = ura ( t ) + aurb ( t ) + a 2urc ( t ) 
3

với

a = e j 2π 3

Cũng tương tự như dòng điện:

Vector điện áp rotor gắn với hệ trục tọa độ rotor(

2
1
1 
urα = ura − urb − urc 

3
2
2 

u rβ =

1
[ urb − urc ]
3

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 11

αβ

ur = urα + jur β
):


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

u ro =

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

1
[ ura + urb + urc ]
3

 uro 
 
urα  =
u r β 
 

1 2
2
1
3
0


 ura 
 
 urb 
3 2 − 3 2   urc 

12
−1 2

12
−1 2



ur′ = ur e jθr = urd + jurq
Vector điện áp

rotor gắn với hệ trục tọa độ stator:

2
urd + jurq = ura ( t ) + aurb ( t ) + a 2urc ( t )  [ cos(θ r ) + j sin(θ r ) ]
3
 uro 
 
urd  =
 urq 
 
II.

12
12
 12
 ura 
2
cos(θ r ) cos(θ r − 2π 3) cos(θ r − 4π 3)  urb 
 
3
 sin(θ r ) sin(θ r − 2π 3) sin(θ r − 4π 3)  urc 

Sơ đồ mô phỏng động cơ điện xoay chiều

Điện áp cấp vào 3 pha :

u A = 220 2cos(2π f )
uB = 220 2cos(2π f − 2π 3)

uC = 220 2cos(2π f − 4π 3)

Điện trở: Rs = 0.2882, Rr = 0.158
Độ tự cảm:Ls = 0.0425; Lr = 0.04188
Độ hỗ cảm: Lm = 0.0412
Số cặp cực: p =3, J = 0.4, Tr = Lr /Rr
SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 12


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

1. Chuyển đổi điện áp stator và rotor sang hệ tọa độ dq

Trong đồ án này mô hình trên trục tọa độ gắn hệ trục tọa độ rotor nên :

θ g = θr

ω g = ωr
và

Vector điện áp stator :
SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 13


Đồ án: Điều khiển truyền động điện

Đại

 uso 
 
usd  =
usq 
 

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

 12

1
2
1
2

  usA 
2
cos(θ g ) cos(θ g − 2π ) cos(θ g − 4π )  usB 
3
3 

3
 − sin(θ g ) − sin(θ g − 2π ) − sin(θ g − 4π )  usC 

3
3 

ur _ dq = 0

Vector điện áp rotor :
2. Phương trình điện áp phía stator và rotor

ωg
Phương trình điện áp trên hệ trục tọa độ bất kỳ (

ωg =
Tốc độ quay:

dθ g
dt

Phía stator:

isg = is e

− jθ g

= isx + jisy

Vector dòng điện:

usg = us e

− jθ g

= usx + jusy

Vector điện áp:

Ψ sg = Ψ s e

− jθ g

= Ψ sx + jΨ sy

Vector từ thông:

us = Rs is +
Ta có:

is = isg e
Mà

jθ g

d Ψs
jθ
= usg e g
dt

Ψ s = Ψ sg e

jθ g

,

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 14

)


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

usg e

jθ g

usg e

jθ g

= Rs isg e

jθ g

= Rs isg e

jθ g

+

d Ψ sg e

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

jθ g

dt



+

d Ψ sg
dt

e

jθ g

+ Ψ sg

d ( jθ g )
dt

e



usg = Rs isg +

d Ψ sg
dt

+ jωg Ψ sg



usx 
isx  d  Ψ sx 
 Ψ sx 
=
R
+
+
ω
u 




s 
g 
 sy 
isy  dt  Ψ sy 
 Ψ sy 


Phía rotor:

irg = ir e

− j (θ g −θ r )

= irx + jiry

Vector dòng điện:

urg = ur e

− j (θ g −θ r )

= urx + jury

Vector điện áp:

Ψ rg = Ψ r e

− j (θ g −θ r )

= Ψ rx + jΨ ry

Vector từ thông:

d Ψr
j ( θ −θ )
= urg e g r
dt

ur = Rr ir +
Ta có:

ir = irg e

(

j θ g −θ r

Mà

)

Ψ r = Ψ rg e

(

j θ g −θr

)

,

urg e

(

j θ g −θr

)

= Rr irg e

(

j θ g −θ r

)

+

d Ψ rg e

(

j θ g −θ r

)

dt



SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 15

jθ g


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

urg e

(

j θ g −θ r

)

= Rr irg e

(

j θ g −θr

)

+

d Ψ rg
dt

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

e

(

j θ g −θ r

)

+ Ψ rg

d [j ( θ g − θr ) ] j ( θ g −θr )

e
dt



urg = Rr irg +

d Ψ rg
dt

+ j ( ωg − ωr ) Ψ rg



urx 
irx  d  Ψ rx 
 Ψ rx 
=
R
+
+
ω
−
ω
(
)
u 





r 
g
r 
 ry 
iry  dt  Ψ ry 
 Ψ ry 


Mô hình gắn hệ trục tọa độ rotor:

•

Phương trình điện áp phía stator

usd 
isd  d  Ψ sd 
0 −1  Ψ sd 
 u  = Rs  i  +  Ψ  + ωr 


1 0   Ψ sq 
 sq 
 sq  dt  sq 
•

Phươn trình điện áp phía rotor

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 16


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

urd 
ird  d  Ψ rd 
 0 −1  Ψ rd 
=
R
+
+
ω
−
ω
(
)
u 




r 
r
r 

1 0   Ψ rq 

 rq 
 irq  dt  Ψ rq 

3. Mô hình từ thông

Phương trình mô tả từ thông dq gắn với hệ trục tọa độ rotor

0 Lm 0  isd 
 Ψ sd   Ls
Ψ  
 i 
0
Ls
0
Lm
sq

=
  sq 
 Ψ rd   Lm 0
Lr
0  ird 

 
 i 
Ψ
0
Lm
0
Lr

rq

  rq 



SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

với

Page 17

0 Lm 0 
 Ls
 0
Ls
0 Lm 


M=
 Lm 0
Lr
0 


Lr 
 0 Lm 0


Đồ án: Điều khiển truyền động điện

Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

isd 
 Ψ sd 
i 
Ψ 
 sq  = M −1  sq 
ird 
 Ψ rd 
 


 irq 
 Ψ rq 
4. Phương trình mô tả mô men

Phương trình cân bằng momen

t e − tl = J

d ωr
+ Dωr
dt

với

tl

: momen tải

Phương trình momen trong hệ tạo độ bất kỳ:

te = −

3
3
p Ψ rg x irg = − pLm isg xirg
2
2

3
te = − pLm ( isx iry − isy irx )
2

Phương trình momen gắn hệ trục tạo độ rotor:

te =

3
pLm (isqird − isd irq )
2

5. Phương trình mô tả quan hệ giữa

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Te

và

Page 18

ωr


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

te − t L =

1 dωmech
J
p
dt
và

ωr = pωmech

(p: số cặp cực)

6. Chuyển đổi dòng điện stator dq sang hệ tọa độ 3 pha

θ g = θr

ω g = ωr
Với

và

 isA 
i  =
 sB 
isC 

− sin(θ g )
 cos(θ g )

2
 isd 
c
os(
θ
g
+
4
π
3)
−
sin(
θ
g
+
4
π
3)
  isq 

3
cos(θ g + 2π 3) − sin(θ g + 2π 3)   

Đồ thị mô phỏng động cơ điện xoay chiều

III.
•

Đồ thị dòng điện stator

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 19


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

•

Đồ thị dòng điện rotor

•

Từ thông rotor

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Page 20


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Khi có momen tải

•

Đồ thị mô men và tốc độ cơ của động cơ khi mô men tải =0

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 21


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

•

Khi momen tải thay đổi thành 50 thì Te cũng thay đổi để momen triêt tiêu

•

Dòng điện 3 pha stator

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 22


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Để đưa ra được đồ thị dòng điện 3 pha ta sẽ thực hiện chạy mô phỏng trên
simulink sau đó chạy chương trình trên m file

Ta được đồ thị dòng điện 3 pha stator như sau:

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 23


Đồ án: Điều khiển truyền động điện
Đại

GVHD: Ts. Ph ạm Đ ức

Nhận xét:

IV.

•

Hệ trục tọa độ gắn với rotor nên momen điện từ cân bằng với momen tải

•
•

Tốc độ
với f = 60Hz
Dòng điện rotor bằng 0 khi không có momen tải và tăng lên khi có tác động
momen tải.

ω r = 2π f

SV: Vũ Hữu Tỉnh – 55KTĐ - TĐH

Page 24