Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

ISSN 2354-0575
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐIỀU CHỈNH
VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Nguyễn Viết Ngư, Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Văn Thắng
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên



Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 02/03/2020
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 15/06/2020
Ngày bài báo được duyệt đăng: 25/06/2020
Tóm tắt:
Hiện nay, việc tăng cường thiết bị để phục vụ đào tạo và nghiên cứu của khoa Điện-Điện tử, trường
Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên để thực hiện mục tiêu đào tạo theo định hướng ứng dụng nghề nghiệp
là một nhu cầu cấp bách. Căn cứ vào nhu cầu đó, nhóm tác giả có đề xuất thực hiện đề tài “Thiết kế, chế
tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha”. Qua quá trình kiểm
tra và thực nghiệm đã thu được các kết quả của đề tài, có độ chính xác cao, đảm bảo được đúng yêu cầu
và định hướng đã đề ra.
Từ khóa: Điều khiển giám sát, tốc độ, động cơ không đồng bộ ba pha.
Từ viết tắt:
TT Chữ viết tắt

Ý nghĩa

1

DCS

Hệ thống điều khiển phân tán

2

HMI

Thiết bị giao diện người và máy

3

PC

4

PLC

5

SCADA

Máy tính
Bộ điều khiển khả lập trình
Hệ thống điều khiển giám sát và
thu thập dữ liệu

1. Mở đầu
Hiện nay trên thế giới với nền tảng khoa học
công nghệ và giáo dục phát triển rất mạnh, nên đã
có rất nhiều các cơng ty; tập đồn như Lucas- nulle
của Đức; Edipon của Tây Ban Nha…tham gia sản
xuất các thiết bị giáo dục nói chung, thiết bị dạy
nghề và nghiên cứu ứng dụng nói riêng. Trong đó
phải kể đến lĩnh vực điều chỉnh giám sát các thông

số điện, không điện đặc biệt tham số tốc độ động
cơ truyền động cho các máy công cụ hay cơ cấu
truyền động khác, đây là một lĩnh vực được khai
thác và sử dụng mạnh mẽ trong những thập niên gần
đây. Đối với các quốc gia phát triển mạnh về thiết
bị giáo dục nghề nghiệp như Đức, Anh, Hàn Quốc,
Tây Ban Nha, Đài Loan thì các thiết bị đào tạo về
điều khiển tự động, cụ thể lĩnh vực điều khiển giám
sát tốc độ động cơ đã và đang được chế tạo với rất
nhiều loại hình khác nhau để đáp ứng nhu cầu học
tập và nghiên cứu. Tuy nhiên giá thành các thiết bị

52

nhập khẩu còn cao và còn nhiều nội dung chưa phù
hợp với điều kiện đào tạo trong nước.
Trong nước, thiết bị đào tạo và phát triển công
nghệ Ngọc Huy; Cty TBGD Hồng Đức; Hải Hà…
đã và đang đầu tư phát triển thiết bị thí nghiệm thực hành về điện tử cơng suất, phần nào đã đáp
ứng được các yêu cầu cơ bản chung về mặt kỹ thuật
và kinh tế, tuy nhiên để phù hợp với mục tiêu cụ thể
của từng đơn vị đào tạo thì vẫn cịn nhiều hạn chế.
Trước tình hình trên nhóm nghiên cứu đã đưa ra đề
xuất “Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh
và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha”
nhằm phục vụ nhu cầu đào tạo tại trường.
2. Phân tích ý tưởng chế tạo thiết bị
Căn cứ trên cơ sở, các tiêu chuẩn về thiết bị
giáo dục, dựa trên các thiết bị hiện có tại phịng thí
nghiệm và các thiết bị vật tư hiện có trên thị trường

trong nước, nhóm nghiên cứu đã phân tích và lựa
chọn ý tưởng chế tạo thiết bị có đặc điểm như sau:
+ Động cơ được chọn làm thí nghiệm với cơng
suất P = 0,55KW, U = 400V/230V-Y/∆ được nối
đồng trục với bộ tạo mô men cản và bộ mã hóa tốc
độ vịng quay loại 400 xung/ vòng.
+ Thiết bị được chế tạo đồng bộ với dụng cụ
đo đa năng để đo S, P, U, I, Cosϕ để kiểm sốt các
thơng số điện của động cơ khi làm thí nghiệm.
+ Hệ thống thí nghiệm điều chỉnh và giám sát

Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
tốc độ động cơ có thể thực hiện linh hoạt với ba
phương pháp khác nhau thường được sử dụng phổ
biến trong thực tiễn:
- Điều chỉnh giám sát tại chỗ sử dụng biến
tần kết hợp dụng cụ đo tốc độ đa năng RP3-5A4,
với tín hiệu phản hồi theo tiêu chuẩn cơng nghiệp
từ 4 ÷20mA.
- Điều chỉnh giám sát sử dụng biến tần kết
hợp với PLC và HMI truyền thông sử dụng Rs422
với khoảng cách tối đa 5m.
- Điều chỉnh giám sát sử dụng - Điều chỉnh
giám sát sử dụng biến tần kết hợp với phần mềm
drive view 7, truyền thông sử dụng Rs485 với

khoảng cách tối đa 1200m.
2.1. Thiết kế giao diện mơ đun thí nghiệm điều
chỉnh và giám sát tốc độ động cơ
2.1.1. Thiết kế giao diện mô đun tạo mô men cản
và điều chỉnh giám sát tại chỗ.
Mô đun được thiết kế dựa trên cơ sở thiết bị
hãng Lucas-nulle với ý tưởng trên mơ đun gồm có
các chức năng cơ bản như kết nối với động cơ cần
làm thí nghiệm, tạo được mơ men cản, đo và kiểm
sốt được các tham số U, I, P, Q, tốc độ và các cổng
mở rộng kết nối truyền thông với các thiết bị khác.
Từ các ý tưởng đó nhóm nghiên cứu đã thiết kế
được giao diện như Hình 1:

vị trí cổng truyền thông giữa HMI với PC hay HMI
với PLC hoặc giữa các HMI. Từ các đặc điểm và
yêu cầu trên nhóm nghiên cứu đã thiết kế giao diện
điều khiển như Hình 2.

Hình 2. Giao diện mơ đun màn hình giám sát HMI
2.1.3. Thiết kế mô đun PLC – FX 3SA
Mô đun PLC được thiết kế với hướng mở giúp
người học chủ động, linh hoạt trong việc thiết kế
chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc độ
động cơ cần làm thí nghiệm. Trên mơ đun có các vị
trí cổng truyền thông giữa PLC với PC hay PLC với
HMI hoặc giữa các PLC với nhau. Từ các đặc điểm
và yêu cầu trên nhóm nghiên cứu đã thiết kế giao
diện điều khiển như Hình 3 [1].

Hình 1. Giao diện mơ đun tạo mô men cản và điều
khiển giám sát tại chỗ
2.1.2. Thiết kế giao diện của mô đun HMI
Mô đun HMI được thiết kế với hướng mở giúp
người học chủ động, linh hoạt trong việc thiết kế
chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc
độ động cơ cần làm thí nghiệm. Trên mơ đun có các

Khoa học & Cơng nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Hình 3. Giao diện mơ đun PLC

Journal of Science and Technology

53


ISSN 2354-0575
2.1.4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối thiết bị thí
nghiệm hệ thống điều chỉnh giám sát tốc độ động
cơ ba pha
Để xây dựng thành một hệ thống thiết bị thí
nghiệm nhóm nghiên cứu đã thiết kế sơ đồ nguyên
lý kết nối các mô đun với nhau để thực hiện việc đo
giám sát tốc độ động cơ, sơ đồ được thiết kế như
Hình 4 [2]:

b)
Hình 5. Chương trình PLC
b) Chương trình giám sát và điều khiển trên HMI

Màn hình HMI được thiết kế với giao diện ứng
với một thí nghiệm ở mức cơ bản là điều chỉnh và
giám sát tốc độ động cơ.

Hình 4. Sơ đồ nguyên lý kết nối hệ thống thí nghiệm
điều chỉnh giám sát tốc độ động cơ ba pha
2.1.5. Viết chương trình và thiết lập giao diện
điều khiển giám sát tốc độ động cơ trên phần
mềm drive view-7.
a) Chương trình điều khiển PLC
Chương trình trên PLC được xây dựng với
mục dich thu thập dữ liệu từ bộ mã hóa vịng quay để
điều khiển và truyền thơng hiển thị trên HMI [2-4].

Hình 6. Giao diện điều chỉnh và giám sát
c) Thiết lập phần mềm giám sát trên PC thơng
qua phần mềm drive view-7

Hình 7. Thiết lập phần mềm trên drive view-7

a)

54

Trên phần mềm drive view-7 nhóm thiết lập
các tham số truyền thơng để tạo giao diện điều
chỉnh tốc độ giám sát các tham số về tốc độ, tần số,
dòng điện và điện áp trên động cơ.

Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
2.2. Khảo sát, kiểm tra thiết bị
Sản phẩm sau khi được chế tạo hồn chỉnh,
nhóm đã thực hiện kiểm tra khảo sát các thơng số tại
phịng thí nghiệm điện tử cơng suất và truyền động
điện 403-B5 với hình ảnh minh họa sau:

2.2.2. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 12,1 Hz

Hình 8. Hình ảnh khảo sát và kiểm tra thiết bị tại
phịng thí nghiệm ĐTCS & TĐĐ
Để kiểm chứng nguyên lý và các chế độ hoạt
động của thiết bị, nhóm nghiên cứu đã thực hiện
khảo sát thiết bị với các dải tốc độ khác nhau và
đối chiếu với cơ sở lý thuyết và sai số kiểm tra trên
các thiết bị của Đức tại phịng thí nghiệm. Kết quả
đo khảo sát được trình bày bằng các hình ảnh minh
họa, ví dụ hình số 9÷16.

Hình 10. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 12,1 Hz
2.2.3. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 18,3 Hz

2.2.1. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 5,3 Hz

Hình 9. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 5,3 Hz

Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Hình 11. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 18,3 Hz

Journal of Science and Technology

55


ISSN 2354-0575
2.2.4. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 29,8 Hz

2.2.6. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 41,3 Hz

Hình 12. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 29,8 Hz

Hình 14. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 41,3 Hz

2.2.5. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 34,3 Hz

2.2.7 Khảo sát kết quả đo với tần số f = 45,3 Hz

Hình 13. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 34,3 Hz

Hình 15. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 45,3 Hz

56

Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Journal of Science and Technology


ISSN 2354-0575
2.2.8. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 50 Hz

Hình 16. Khảo sát kết quả đo với tần số f =50 Hz

3. Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu và khảo sát thiết bị
điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ do nhóm chế
tạo, chúng tơi xin đưa ra một số nhận xét như sau:
Bộ thí nghiệm hoạt động tốt với các dải tốc độ
và phương pháp giám sát khác nhau. Các kết quả
thí nghiệm thu được đảm bảo đúng theo cơ sở lý
thuyết, tuy nhiên còn một vài sai số do các chế độ
làm việc thực tế và lý thuyết được xét ở điều kiện
lý tưởng. Thiết bị hoạt động ổn định ở các dải tốc
độ đã kiểm chứng với động cơ không đồng bộ ba
pha. Sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng trong việc
giảng dạy cho học phần thí nghiệm điện tử công
suất và truyền động điện, lý thuyết điều khiển tự
động, đo lường cảm biến, máy điện...vv tại khoa
Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật
Hưng Yên. Hiện nay sản phẩm đã được một số công
ty thiết bị giáo dục đưa vào chế tạo thử nghiệm
trong năm 2019.

Tài liệu tham khảo
[1]. Tài liệu hướng dẫn thiết bị RP3-5A4; HMI samkoon; PLC FX của hãng sản xuất.

[2]. Đào Duy Khương, Lê Hoàng Vinh, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo trình PLC
Mitshubishi, trường Đại Học Cơng Nghiệp TP HCM, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2009.
[3]. Nguyễn Thu Thiên, Mai Xuân Vũ, Sổ tay hướng dẫn lập trình PLC, NXB Trẻ, 2007.
[4]. Lê Hồng Vinh, Đào Duy Khương, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo trình mơn học
PLC MITSUBISHI PROGRAMMABLE CONTROLLES, 2006.

DESIGN, MANUFACTURE OF ADJUSTABLE TEST EQUIPMENT
AND MONITOR THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR SPEED
Abstract:
Currently, the increase of equipment serving in the training and research of the Department of
Electrical and Electronics Engineering, Hung Yen University of Technology and Education for implementing
the training-oriented training objectives is a urgent need. Based on that need, the authors propose to
implement the project “Design, mannufacture of adjustable test equipment and monitor theree-phase
asychronons motor speed”. Through the process of testing and experimenting, experimental results show
that the proposed method has a high accuracy, and ensures the requirements.
Keywords: Monitoring control, speed, asynchronous three-phase motor.

Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020

Journal of Science and Technology

57