Tìm hiểu về hệ truyền động động cơ đồng bộ

Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC
KHOA CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MÔN HỌC
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Đề tài:Tìm hiểu về hệ truyền động động cơ đồng bộ

Giảng viên hướng dẫn

: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Sinh viên thực hiện

:

Ngành

: CÔNG NGHỆ TỰ ĐỘNG

Lớp

: D8CNTD2

Khoá

: 2013 – 2018

Hà Nội, tháng năm 2017


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

LỜI MỞ ĐẦU
Điều khiển truyền động điện động cơ điện xoay chiều ba pha là lĩnh vực được
nghiên cứu từ nhiều thập kỷ, từ các lý thuyết điều khiển kinh điển cho đến các kỹ thuật
hiện đại. Ngày nay, điều khiển động cơ điện xoay chiều đã đạt được những tiến bộ vượt
bậc, chủ yếu nhờ sự phát triển của công nghệ bán dẫn, công nghệ vi xử lý và kỹ thuật điều
khiển. Các bộ biến tần được thiết kế ngày càng hoàn thiện, đáp ứng được những đòi hỏi
khắt khe trong điều chỉnh tự động, dải công suất cũng như tốc độ cho phép điều chỉnh
ngày càng mở rộng, nhiều tính năng mới được thêm vào biến tần để đáp ứng các nhu cầu
điều khiển đa dạng trong thực tế. Cấu trúc điều khiển động cơ xoay chiều ba pha nói
chung và động cơ đồng bộ nói riêng được sử dụng trong robot, quá trình sản xuất, ô tô
điện, cần trục, cầu trục ở các cảng biển…
Ở Việt Nam và quốc gia khác, đề tài nghiên cứu điều khiển động cơ xoay chiều ba
pha đã được nhiều nhà khoa học quan tâm. Các cấu trúc điều khiển cho động cơ xoay
chiều ba pha rất đa dạng, phong phú. Cấu trúc điều khiển động cơ xoay chiều ba pha có
thể là tuyến tính, phi tuyến.
Dưới sự hướng dẫn chỉ bảo nhiệt tình của thầy TS Nguyễn Ngọc Khoát cùng với
sự cố gắng nỗ lực của các thành viên trong nhóm chúng em đã hoàn thành xong đồ án
của mình. Tuy nhiên do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi thiếu
sót khi thực hiện đồ án này. Vì vậy chúng em rất mong sẽ nhận được nhiều ý kiến đánh
giá, góp ý của thầy cô giáo, cùng bạn bè để đề tài được hoàn thiện hơn.
Em chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 7 năm 2017

Sinh viên


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình thực hiện đề tài mặc dù gặp phải rất nhiều những vấn đề khó khăn
song với sự hướng dẫn của thầy TS Nguyễn Ngọc Khoát cùng với sự chỉ bảo của các
thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động và sự lỗ lực không ngừng của cả nhóm, đến nay
chúng em đã hoàn thành đề tài. Tuy nhiên, do kiến thức của chúng em còn hạn chế, nên
không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy chúng em rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp chân thành từ phía thầy TS Nguyễn Ngọc Khoát cùng với sự chỉ bảo của các
thầy cô giáo Khoa Công Nghệ Tự Động và các bạn đọc để đề tài này của chúng em ngày
càng hoàn thiện và phát triển lên mức cao hơn trong thời gian gần nhất.
Những lời nhận xét góp ý và hướng dẫn của cô đã giúp chúng em có định hướng
đúng đắn trong quá trình thực hiện đồ án, giúp chúng em nhìn ra được ưu khuyết điểm
của đồ án và từng bước khắc phục để có được kết quả tốt nhất. Chúng em cũng xin cảm
ơn thầy cô trong khoa Công Nghệ Tự Động, bộ môn Truyền động điện tận tình chỉ bảo,
truyền đạt cho chúng em các kiến thức chuyên ngành, những công nghệ mới cũng như
cách làm việc nhóm đề hoàn thành tốt đồ án môn học này.
.

Chúng em xin chân thành cảm ơn!


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Đánh giá và nhận xét của GV hướng dẫn
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
Giáo viên hướng dẫn

TS. Nguyễn Ngọc Khoát


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT
MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH.....................................................................................1
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ..............................................................3
1.1

Cấu tạo..................................................................................................................................3

1.1.1 Stator:.................................................................................................................................3
1.1.2 Rotor:..................................................................................................................................3
1.2

Phạm vi ứng dụng...............................................................................................................3

1.3

So sánh ĐCKĐB và ĐCĐB................................................................................................4

1.3.1 Nhưng điểm giống nhau...................................................................................................4

1.3.2 Những điểm khác nhau....................................................................................................4
1.4

Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng của động cơ điện đồng bộ.................6

1.5

Đặc tính của động cơ đồng bộ...........................................................................................7

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ...................................................................................10
2.1

Mô tả toán học động cơ đồng bộ.....................................................................................10

2.2

Động cơ đồng bộ trong chế độ xác lập...........................................................................11

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BẰNG MATLAB & SIMULINK..........13
3.1

SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ.......................................13

3.1.1

Giới thiệu.....................................................................................................................13

3.1.2

Sơ đồ mô phỏng..........................................................................................................13

3.1.3

Các kết quả mô phỏng...............................................................................................15

3.2

PM SYNCHRONOUS MOTOR DRIVE......................................................................17

3.2.1

Bộ điều khiển tốc độ...................................................................................................17

3.2.2

Bộ điều khiển vector..................................................................................................17

3.2.3

Các khối vào ra...........................................................................................................18


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

3.2.4

Các thông số kỹ thuật................................................................................................18

3.2.5

Sơ đồ và kết quả mô phỏng bằng Simulink............................................................18

3.3

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU TỰA THEO VÉC

TƠ TỪ THÔNG ROTOR...........................................................................................................21
3.3.1

Mở đầu.........................................................................................................................21

3.3.2

Cơ sở lý luận của phương pháp điều khiển............................................................21

3.3.3

Áp dụng phương pháp để thiết kế bộ điều khiển..................................................23

3.3.4

Sơ đồ và kết quả mô phỏng bằng Matlab – Simulink...........................................26

3.3.5

Kết luận.......................................................................................................................27

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN..........................................28

4.1

Kết luận..............................................................................................................................28

4.2

Phương hướng phát triển................................................................................................28


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Page 8


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

DANH MỤC CÁC BẢNG, SƠ ĐỒ, HÌNH
HÌNH:
Hình 1.1: Cấu tạo Rotor cực ẩn và Rotor cực lồi
Hình 1.2: Đồ thị vectơ phương trình cân bằng điện áp
Hình 1.3:Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ của động cơ đồng bộ (ĐĐB)
Hình 1.4: Đồ thị vecto của mạch Stator động cơ đồng bộ
Hình 1.5: Đặc tính góc của động cơ đồng bộ
Hình 2.1 Đồ thị véc tơ đơn giản của máy đồng bộ.
Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng máy điện đồng bộ trong chế độ động cơ
Hình 3.2 Khối Pm step

Hình 3.3 Thông số động cơ đồng bộ
Hình 3.4 Khối nguồn 3 pha
Hình 3.5 Đặc tính tốc độ của động cơ
Hình 3.6 Đặc tính góc tải
Hình 3.7 Đáp ứng dòng điện is
Hình 3.8 Công suất điện đầu ra của động cơ
Hình 3.9: Bộ điều khiển tốc độ
Hình 3.10: Bộ điều khiển vector
Hình 3.11: Sơ đồ mô phỏng chi tiết
Hình 3.12:Sơ đồ mô phỏng tối giản
Hình 3.13: Đáp ứng dòng điện Stator
Hình 3.14: Các đáp ứng khác
Hình 3.15 Cấu trúc cơ bản của một hệ thống truyền động cho ĐCĐBNCVC điều chỉnh tự
theo từ thông Rotor
Hình 3.16: Mô hình ĐCĐBNCVC ba pha trên hệ tọa độ d
Hình 3.17: Sơ đồ cấu trúc hệ thống truyền động điện
Hình 3.18 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện isd
Hình 3.19: Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh dòng điện trong thực tế
Hình 3.20 Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Hình 3.21 Sơ đồ mô phỏng
Hình 3.22: Đặc tính tốc độ và đặc tính mô men
Hình 3.23: Đặc tính dòng điện trên hệ tọa độ dq và tọa độ abc

Page 1


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền ( 2004 ), Truyền động điện,
NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[2]. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Phạm Quốc Hải, Dương Văn Nghi ( 2004 ),
Điều chỉnh tự động truyền động điện, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[3]. Trần Khánh Hà, (1997), Máy điện I, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[4]. Nguyễn Phùng Quang, ( 2004 ), MATLAB và Simulink dành cho kỹ sư điều khiển tự
động, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
[5]. Đỗ Đức Tuấn, Vector control of a permanent magnet synchronous motor, Trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên.

Page 2


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
1.1 Cấu tạo
Cũng như các loại động cơ điện khác, động cơ đồng bộ gồm hai phần chính là
Stator và Rotor
1.1.1 Stator:
Stator của động cơ đồng bộ gồm lõi thép và dây quấn.
a. Lõi thép: làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày khoảng 0,35 - 0,5mm, phủ cách
điện, mặt trong xẻ rãnh để đặt dây quấn, ép lại thành hình trụ và được ép vào vỏ bảo
vệ.
b, Dây quấn: dây quấn Stator còn được gọi là dây quấn phần ứng, làm bằng dây đồng
bọc cách điện đặt trong các rãnh của lõi thép.
1.1.2 Rotor:

Rotor của động cơ đồng bộ có các cực từ và dây quấn, gồm hai loại Rotor cực ẩn
và Rotor cực lồi.

Rotor cực từ ẩn

Rotor cực từ lồi

Hình 1.1 Cấu tạo Rotor cực ẩn và Rotor cực lồi
1.2 Phạm vi ứng dụng

Page 3


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

- ĐCĐB công suất rất nhỏ thường dùng Rotor nam châm vĩnh cửu, được ứng dụng khi
yêu cầu vùng điều chỉnh rộng, độ chính xác cao và Mc = Const, đi kèm với biến tần
transitor nguồn áp điều biến độ rộng xung PWM.
- ĐCĐB công suất nhỏ và vừa có cuộn dây kích từ được dùng khi yêu cầu điều chỉnh
tốc độ không rộng, đi kèm với bộ biến tần tiristor nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên.
- ĐCĐB công suất vừa và lớn được dùng với vùng điều chỉnh tốc độ cỡ 10:1, đi kèm
với bộ biến tần nguồn dòng chuyển mạch tự nhiên, hoặc biến tần trực tiếp tiristor.
Cũng cần lưu ý về khả năng sử dụng rộng rãi ĐCĐB Rotor nam châm vĩnh cửu bởi
các ưu điểm sau:
+ Vì không có tổn hao trong Rotor, nên nó có hiệu suất cao;
+ Vì p mạnh nên cho phép giảm dòng không tải;
+ Đặc tính điều chỉnh ít nhạy (ít phụ thuộc) với sự biến thiên của các thông số trong
động cơ. Nguyên lý điều chỉnh tốc độ của ĐCĐB dựa theo công thức: s = 2fs / pc trong

đó fs -tần số nguồn cấp, pc - số đôi cực. Như vậy nếu điều chỉnh được f s thì sẽ thay đổi
được tốc độgóc của ĐCĐB.
1.3 So sánh ĐCKĐB và ĐCĐB
1.3.1 Nhưng điểm giống nhau
Hai loại động cơ này chỉ giống nhau ở cấu tạo phần Stator.
1.3.2 Những điểm khác nhau
Những điểm khác nhau giữa hai loại động cơ này là ở chỗ:
- Cấu trúc Rotor của chúng hoàn toàn khác nhau. Từ điểm sai khác về cấutạo dẫn đến
khác nhau về nguyên tắc, phương thức tạo ra từ thông Rotor r. Cụ thể như sau: Trong
động cơ đồng bộ r được tạo ra bởi nam châm vĩnh cữu hoặc dòng điện một chiều đi
qua cuộn dây kích từ, do vậy thành phần dọc trục của dòng điện Stator i sd (tạo ra từ
thông r) không tồn tại, mà nó chỉ chứa thành phần isq (tạo ra mômen). Trong khi đó is
của ĐCKĐB nhất thiết phải chứa thành phần isd để tạo ra từ thông r.

Page 4


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

- Trong ĐCĐB vector từ thông cực p có biên độ không đổi và luôn trùng hướng với
vector r, tức là trùng với trục d của hệ dq.
- Trong mọi trường hợp tốc độ góc của Rotor luôn bằng với tốc độ góc của từ trường
quay Stator. Vì vậy trong các phương trình mô tả ĐCĐB ta sử dụng tương quan
= s.
- ĐCKĐB luôn có điện cảm Stator L s luôn không đổi do kết cấu tròn đều của Rotor.
Nhưng đối với ĐCĐB thì Lsd> Lsq, kể cả đối với Rotor cực ẩn (do số lượng hữu hạn
các phiếm nam châm).
Các động cơ điện xoay chiều dùng nhiều trong sản xuất thường là những động cơ

điện không đồng bộ, vì loại động cơ điện này có những đặc điểm như cấu tạo đơn
giản, làm việc chắc chắn, bảo quản dễ dàng, giá thành thấp. Tuy nhiên các động cơ
điện đồng bộ có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần đây đã được sử
dụng rộng rãi hơn và có thể so sánh được với động cơ không đồng bộ trong lĩnh vực
truyền động điện.
Về ưu điểm: phải nói là động cơ điện đồng bộ do được kích thích bằng dòng một
chiều nên có thể làm việc với cos = 1 và không cần lấy công suất phản kháng từ lưới
điện, kết quả là hệ số công suất của lưới điện được nâng cao, làm giảm được điện áp
rơi và tổn hao công suất trên đường dây. Ngoài ưu điểm chính đó, động cơ điện đồng
bộ còn ít chịu ảnh hưởng đối với sự thay đổi điện áp của lưới điện do momen của
động cơ điện đồng bộ tỷ lệ với U trong khi momen của động cơ không đồng bộ tỷ lệ
với U2. Vì vậy khi điện áp của lưới sụt thấp do sự cố, khả năng giữ tải của động cơ
đồng bộ lớn hơn, trong trường hợp đó nếu tăng kích thích, động cơ điện đồng bộ có
thể làm việc an toàn và cải thiện được điều kiện làm việc của lưới điện. Cũng phải nói
thêm rằng hiệu suất động cơ điện đồng bộ thường cao hơn hiệu suất của động cơ
không đồng bộ vì động cơ không đồng bộ có khe hở tương đối lớn, khiến cho tổn hao
sắt phụ nhỏ hơn.
Nhược điểm của động cơ điện đồng bộ so với động cơ không đồng bộ là ở chỗ cấu
tạo phức tạp, đòi hỏi phải có máy kích từ hoặc nguồn cung cấp dòng một chiều khiến
Page 5


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

cho giá thành cao. Hơn nữa việc mở máy động cơ điện đồng bộ cũng phức tạp hơn và
việc điều chỉnh tốc độ của nó chỉ có thể thực hiện được bằng cách thay đổi tần số của
nguồn điện.
Việc so sánh động cơ điện đồng bộ với động cơ không đồng bộ có phối hợp với tụ

điện cải thiện cos về giá thành và tổn hao năng lượng dẫn đến kết luận là khi P dm >
200÷300kW, nên dùng động cơ điện đồng bộ ở những nơi nào không cần thường
xuyên mở máy và điều chỉnh tốc độ. Khi Pdm > 300kW dùng động cơ điện đồng bộ với
cosdm = 0,9 và khi Pdm > 1000kW dùng động cơ điện đồng bộ với cos dm = 0,8 là có lợi
hơn dùng động cơ không đồng bộ.
1.4 Nguyên lý làm việc và phương trình cân bằng của động cơ điện đồng bộ
Nguyên lý làm việc của động cơ điện đồng bộ như sau:
Khi cho dòng điện ba pha i A, iB, iC vào ba dây quấn Stator, dòng điện ba pha ở
Stator sẽ sinh ra từ trường quay với tốc độ quay n 1 = . Đồng thời, cho dòng điện một
chiều vào dây quấn Rotor, Rotor biến thành một nam châm điện.
Tác dụng tương hỗ giữa từ trường Stator và từ trường Rotor tạo ra lực tác dụng lên
Rotor.
Phương trình điện áp và đồ thị véc tơ của động cơ điện đồng bộ:
Khi máy điện đồng bộ làm việc như động cơ điện đồng bộ máy phát ra công suất
âm đưa vào mạng điện hay nói khác đi tiêu thụ công suất điện lấy từ mạng để biến
thành cơ năng. Động cơ đồng bộ thường có cấu tạo cực lồi nên nếu gọi điện áp lưới là
U, ta có phương trình cân bằng điện áp:
= +(ru + j) = 0+ud+uq+(ru + j)

(1.1)

= 0+j+ jqxq +
Đồ thị vectơ tương ứng với phương trình (1.1) được trình bày như hình vẽ (1.2).
Từ đồ thị ta thấy công suất do động cơ tiêu thụ từ mạng điện P = mUIcos< 0

Page 6


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 1.2 Đồ thị vectơ phương trình cân bằng điện áp
1.5 Đặc tính của động cơ đồng bộ
Khi đóng Stator của động cơ đồng bộ vào lưới điện xoay chiều có tần số f 1 không
đổi, động cơ sẽ làm việc với tốc độ đồng bộ không phụ thuộc vào tải: 1 =
Như vậy đặc tính cơ của động cơ đồng bộ nằm trong phạm vi mômen cho phép M
Mmax là đường thẳng song song với trục hoành, với độ cứng = ∞ và được biểu diễn
trên hình (1.3)

Hình 1.3 Sơ đồ nối dây và đặc tính cơ của động cơ đồng bộ (ĐĐB)
Tuy nhiên khi mômen vượt quá trị số cực đại cho phép M > M max thì tốc độ động
cơ sẽ lệch khỏi tốc độ đồng bộ.

Page 7


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Trong hệ truyền động điện dùng động cơ đồng bộ người ta còn sử dụng đặc tính
góc M = f(θ). Đặc tính góc biểu diễn mối quan hệ giữa momen của động cơ với góc
lệch của vector điện áp lưới điện và vector sức điện động cảm ứng trong dây quấn
Stator do từ trường một chiều Rotor sinh ra.
Đặc tính M = f(θ) được xây dựng bằng cách sử dụng đồ thị vector của mạch Stator
vẽ trên hình (1.3), với giả thiết bỏ qua điện trở tác dụng của cuộn dây Stator.

Hình 1.4 Đồ thị vector của mạch Stator động cơ đồng bộ
Trên đồ thị vectơ hình 1.4:

Ul - điện áp pha của lưới (V).
E - sức điện động pha Stator (V).
I - dòng điện Stator (A)
θ - góc lệch giữa Ul và E Xs = Xμ + X l - điện kháng pha của Stator là tổng của điện
kháng mạch từ hóa Xμ và điện kháng cuộn dây 1 pha của Stator X l
θ - góc lệch giữa vectơ điện áp Ul và dòng điện Il .
Từ đồ thị vectơ ta có:
U1cos = Ecos(

(1.2)

Theo tam giác ABC thì:
cos( =

(1.3)

Thay vào phương trình trên ta được:
U1cos = E

(1.4)

Hay U1I1cos = sin

(1.5)

U1I1cos là công suất một pha của động cơ.
Vậy công suất ba pha của động cơ là:
Page 8

Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

P = sin

(1.6)

M = = sin

(1.7)

Momen động cơ:
Đây là phương trình đặc tính góc của động cơ đồng bộ.
Một cách gần đúng ta thấy đặc tính góc có dạng hình sin biểu diễn trên hình (1.5)
Khi θ = π/2 ta có biểu đồ cực đại:
Mmax =

(1.8)

Lúc này: M = Mmsinθ.
Mm đặc trưng cho khả năng quá tải của động cơ. Khi tải tăng góc lệc θ tăng, nếu θ >
π/2 thì momen giảm.
Động cơ đồng bộ thường làm việc định mức ở trị số của góc θ đm = 200 ÷ 250 . Hệ số
quá tải về momen:
M

= = 2 ÷ 2,5

Những điều đã phân tích ở trên chỉ đúng với những động cơ đồng bộ cực ẩn và

mômen chỉ xuất hiện khi rotor có kích từ. Còn đối với những động cơ đồng bộ cực lồi,
do sự phân bố khe hở không khí không đều giữa rotor và Stator nên trong máy xuất
hiện mômen phản kháng phụ. Do đó đặc tính góc có biến dạng ít nhiều, như đường nét
đứt trên hình (1.5).

Hình 1.5 Đặc tính góc của động cơ đồng bộ
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ
2.1 Mô tả toán học động cơ đồng bộ
Page 9


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Với giả thiết mạch từ động cơ chưa bão hoà, các cuộn dây Stator ba pha đối xứng,
các tham số của động cơ không thay đổi, ta có thể dùng phép biến đổi tuyến tính Park.
Tất cả quá trình điện từ cơ của động cơ được biểu diễn trên hệ trục toạ độ d,q (Stator)
và D, Q (Rotor)
Đối với mạch Stator:
Ud = RSid + - q,
(2.1)
Uq = RSiq + + d,
Đối với mạch kích từ:
Ukt = Rktikt +

(2.2)

Đối với mạch cuộn dây khởi động:
UQ = RQiQ +

(2.3)
UD = RDiD +
Phương trình mômen động cơ:
M = diq - qid

(2.4)

Phương trình động học:
M = J + Mc

(2.5)

Phương trình từ thông:
|| = |L|.|i|

(2.6)

trong đó:
=

;

=

=
Ld, Lq, Lkt, LD, LQ là điện cảm toàn phần theo các trục. L dD, LDd, Ldk, Lkd, LpQ, LQp,
LkD, LDklà hố cảm giữa các trục.
Sơ đồ cấu trúc mô tả động cơ đồng bộ trình bày trên hình (1.5), ngoài ra có thể
dùng phép biến đổi tuyến tính với hai trục cố định , để mô tả toán học động cơ.
2.2 Động cơ đồng bộ trong chế độ xác lập

Page 10


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Từ hệ phương trình mô tả toán học 2.1 đến 2.6, thay toán tử đạo hàm = 0, đồng
thời gần đúng, bỏ qua điện trở Stator (R S = 0), ta nhận được các phương trình chế độ
xác lập:
Ud = - USsin = - IqXq
Uq = UScos = E - Idxd

(2.7)
(2.8)

Iq = IScos()

(2.9)

Id = ISsin()

(2.10)

Thành phần dòng phản kháng:
Ilm = Iqsin – Idcos
= - cos + (1+sin2)

(2.11)

Từ biểu thức (2.11) cho thấy khi thay đổi dòng kích từ (thay đổi giá trị sức điện
động), dòng phản kháng Ilm sẽ thay đổi, khi thiếu kích từ Ilm > 0 góc > 0 động cơ vận
hành có tính chất tải cảm kháng (xem đồ thị véc tơ H2.1a). Khi quá kích từ I lm< 0 góc
< 0, động cơ vận hành có tính chất tải dung kháng (xem H2.1b) lúc đó dòng điện sẽ
vượt trước điện áp và sức điện động.

Page 11


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 2.1 Đồ thị véc tơ đơn giản của máy đồng bộ.
a) Thiếu kích từ, b) Quá kích từ

Page 12


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BẰNG MATLAB & SIMULINK
3.1 SƠ ĐỒ MÔ PHỎNG ỨNG DỤNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
3.1.1 Giới thiệu
Sơ đồ mô phỏng động cơ đồng bộ power_syncmachine minh họa ứng dụng của
máy điện đồng bộ trong chế độ động cơ. Hệ thống mô phỏng bao gồm một động cơ công
suất lớn ( 150 HP (112 kVA), 762 V) kết nối với một mạch điện 10 MVA. Động cơ được
đặt một giá trị đầu ra công suất điện là -50 kW, tương ứng với giá trị công suất cơ 48.9

kW. Giá trị tương ứng của công suất cơ và điện áp được tự động nhập vào khối Pm Step
và trong khối Vf Constant. Khối Pm Step được xây dựng để cho phép sự gia tăng đột ngột
của công suất cơ từ -48.9 kW đến -60 kW ở thời điểm t = 0.1s.
3.1.2 Sơ đồ mô phỏng

Hình 3.1 Sơ đồ mô phỏng máy điện đồng bộ trong chế độ động cơ

 Khối Pm step:
Dùng để thay đổi giá trị công suất cơ từ -48.9 kW đến -60 kW
Page 13


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 3.2 Khối Pm step
 Khối động cơ đồng bộ

Page 14


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 3.3 Thông số động cơ đồng bộ
 Khối nguồn xoay chiều

Hình 3.4 Khối nguồn 3 pha

3.1.3 Các kết quả mô phỏng

Page 15


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Chạy mô phỏng ta thu được các đáp ứng của các thông số RMS current, RMS
voltage, speed, load angle , và công suất điện của động cơ.
Tốc độ đặt ban đầu là 1800 vòng / phút, sau khi tải gia tăng từ 48.9 kW đến 100
kW tại thời điểm t = 0.1s, tốc độ động cơ dao động trước khi ổn định ở 1800 vòng/ phút.
Góc tải tăng từ -210 đến -530.

Hình 3.5 Đặc tính tốc độ của động cơ

Hình 3.6 Đặc tính góc tải

Page 16


Đồ án môn học Truyền động điện

GVHD: TS. NGUYỄN NGỌC KHOÁT

Hình 3.7 Đáp ứng dòng điện is

Hình 3.8 Công suất điện đầu ra của động cơ
3.2 PM SYNCHRONOUS MOTOR DRIVE

3.2.1 Bộ điều khiển tốc độ
Bộ điều khiển tốc độ được dựa trên bộ điều chỉnh PI, được hiển thị bên dưới.
Đầu ra của bộ điều chỉnh này là một điểm đặt mômen áp dụng cho khối bộ điều
khiển vector.

Page 17