Bai giang truyen dong dien dh nha trang v1

ĐẠI HỌC NHA TRANG
Bài giảng
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
DC & AC
Biên soạn: ThS. Trần Công Binh
THÁNG 8 NĂM 2010

Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B
26/09/2010 1
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC)
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.2: Đặc tính cơ của động cơ
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC
Điều khiển tốc độ động cơ DC
Các trạng thái hãm
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
Giới thiệu
Bộ chỉnh lưu 1 pha
Bộ chỉnh lưu 3 pha
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ chopper giảm áp
Bộ chopper tăng áp
Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp
Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
III.2: Bộ điều khiển PID
III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC
Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC
Điều khiển moment động cơ DC
Điều khiển vị trí động cơ DC
Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)
Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha
Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha
IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor
Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha
V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian
Bộ nghịch lưu ba pha.
Vector không gian và hệ toạ độ satator (αβ).
V.2: Hệ qui chiếu quay
Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).
Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor
Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.
Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha
Điều khiển PID
Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.
V.5: Bộ biến tần
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha

26/09/2010 2
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ
I.1: Đặc tính cơ của tải
I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học:
I.1.2: Phương trình moment cơ bản
dt
d
JMM cco
ω
=−
Mcơ > Mc tải cơ tăng tốc.
Mcơ < Mc tải cơ giảm tốc.
Mcơ = Mc tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh.
I.1.3: Các thành phần của moment cản Mc:
2
mstmsktc .CMM.BMM ω+++ω+=
Mt Moment tải
B.ω Moment ma sát nhớt
Mmsk Moment ma sát khô
Mmst Moment ma sát tĩnh
C.ω2
Moment cản của quạt gió làm mát
Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: ω+= .BMM tc
I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp:

26/09/2010 3
Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,…) (Bơm, quạt,…)
I.1.5: Moment quán tính:
∑∑ ==
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛ ω
+=
k
1j
2
j
j
n
1i
2
i
im
2
v
m
2
JJJ
Jm moment quán tính của trục động cơ.
Ji , ωi moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i.
mj , vj khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j.
I.1.6: Các chế độ làm việc:
ω
Mt
ωđm
Mđm
ω
Mt
ωđm
m

26/09/2010 4
a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
_ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải.
b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.
c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.
I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh:
ω
>
ω d
dM
d
dM coc
I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ:
_ Độ cứng đặc tính cơ:
ω
=β
d
dM
_ Công suất định mức.
….
I.2: Đặc tính cơ của động cơ
I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:
I, Mcơ
0
ωolt
ωo
ωđm
Iđm, MđmI0 Ikđ, Mkđ
ω

26/09/2010 5
Kích từ độc lập:
( ) co2
u
M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω uco IkM Φ= ωΦ= kE
I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
Kích từ nối tiếp:
kt
ntu
cokt
k.k
RR
Mk.k
U +
−=ω 2
uktco Ik.kM =
I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp:
U
Rư
Iu
E
Int
Rnt
I, Mcơ
ω
0
ωolt
ωo
ωđm
IđmI0
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
U
Rư
Iu
E
Int
Rnt
Ikt
Rkt

26/09/2010 6
Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý
tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ
không đổi và bằng định mức.
Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ?
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ?
Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000
vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức.
Tính momen và công suất định mức của động cơ?
Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW.
Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động
cơ khi đó?
Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên.
KPhi = 3.8197
E = 400
Pout = 40000
w = 104.7198
M = 381.9719
HS = 0.7273
Ec = 460
nc = 1150
Poutc = 18400
wc = 120.4277
Mc = 152.7887
HSc = 0.7360
Ikd = 500
Mkd = 1.9099e+003
Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ
là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở
định mức :
Tính tốc độ và momen của động cơ?
Tính công suất và hiệu suất của động cơ?
KPhi = 4.1826
E = 438
Pout = 17520
w = 104.7198
M = 167.3037
Pout = 17520
Pin = 18000
HS = 0.9733
Ikd = 1.5000e+003
Mkd = 2.3527e+005
Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000
vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng
điện của động cơ khi momen điện 87 Nm?

26/09/2010 7
I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha:
Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha.
Giả sử Rm << Xm (hay RFE >> Xm):
( )mss
m
st
XXjR
X.j
UU
++
= && và
( )
( )mss
mss
ttt
XXjR
X.jX.jR
X.jRZ
++
+
=+=
Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá:
( )2'
rs
2'
r
s
'
r2
s
s
co
XX
s
R
R
s
R
U3
1
M
++⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ω
=
Rs
sI& jXs
sU&
'
rI& '
rR jX’r
Mạch tương đương động cơ KĐB
'
rR
s
s1−
RFe jXm
mI&
FeI&
Rs
sI& jXs
Rm
mI&
sU&
jXm
'
rI& '
rR jX’r
Mạch tương đương của động cơ KĐB
'
rR
s
s1−
Rt jXt
tU&
tI&
s
R'
r
jX’r
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator
Rs jXs
sU&
'
rI&
s
R'
r
jX’r
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB

26/09/2010 8
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0
ds
dT
= , hay 0
dn
dT
=
( )2'
rs
2
s
'
r
p
XXR
R
s
++
=
( )2'
rs
2
ss
2
s
s
max
XXRR
U
2
3
1
T
+++
=
ω
( ) ( )2'
rs
2'
rs
'
r
2
s
s
st
XXRR
RU31
T
+++
=
ω
s
s
s
s
2
T
T
p
p
max
+
=
0 ωωđm
Mkđ
Mmax
Mcơ
ωsωp
Mđm
TL
A
T

26/09/2010 9
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC)
II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC
a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC:
Kích từ độc lập:
Φ
−
=
Φ
=ω
k
IRU
k
E uu
⇒ n~~E ω
( ) co2
u
M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω uco IkM Φ=
Φđm
Ikt
Φ
0
I, Mcơ
ω
0
ωolt
ωo
ωđm
IđmI0
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt

26/09/2010 10
b) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp:
Kích từ nối tiếp:
kt
ntu
cokt
k.k
RR
Mk.k
U +
−=ω 2
uktco Ik.kM =
II.1.2: Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập
a) Điều khiển điện áp phần ứng:
( ) co2
u
M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω U giảm ⇒ ω giảm
b) Điều khiển từ thông kích từ:
( ) co2
u
M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω Φ giảm ⇒ ω tăng
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
Mcơ
ω
0
ωolt
ωđm
Mđm
U giảm
I, Mcơ
0
ωolt
ωo
ωđm
Iđm, MđmI0 Ikđ, Mkđ
ω
U
Rư
Iu
E
Int
Rnt

26/09/2010 11
Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông
Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua:
_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm.
_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm.
ω
Mcơ
0
Mđm
ωđm
Pđm
Iưđm
Mđm
ωmax
Điều khiển U Điều khiển Φ
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
VR
Mcơ
ω
0
ωolt
ωđm
Mđm
Φ giảm
Pmax
ωmax
Mmax

26/09/2010 12
c) Điều khiển điện trở phần ứng:
( ) co2
u
M
k
R
k
U
Φ
−
Φ
=ω Rư tăng ⇒ ω giảm
d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập:
Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 3Iđm).
Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm).
II.1.3:Các trạng thái hãm của động cơ DC kích từ độc lập:
a) Hãm tái sinh:
_ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn.
Iư, Mcơ
ω
0
ωolt
ωđm
Iưđm, Mđm
VR tăng
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
VR

26/09/2010 13
b) Hãm ngược:
_ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn.
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
McơMđm
ω
0
ωolt
ωđm
Φ giảm
U giảm
I
II

26/09/2010 14
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt.
c) Hãm động năng:
_ Pđiện = 0: cách ly với nguồn.
Công suất cơ chuyển thành nhiệt.
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
Rph
U
Rư
Iu
E
Ikt
Rkt
Ukt
ω
Φkt
Rph

26/09/2010 15
d) Hệ động cơ - máy phát (Ward-Leonard):
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu
II.2.1: Giới thiệu
Phần này trình bày bộ chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, biến điện áp xoay chiều (AC) thành
điện áp một chiều (DC) để cấp cho động cơ. Đồng thời bộ chỉnh lưu có điều khiển sẽ điều khiển
được độ lớn điện áp DC để điều khiển thay đổi các đại lượng làm việc của động cơ như tốc độ,
moment,…
Mcơ
U giảm
Mđm
ω
0
ωolt
ωđm
Φ giảm
I
II
IIII

26/09/2010 16
Bộ chỉnh lưu biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) dạng gợn
sóng. Bộ chỉnh lưu thường làm méo dạng điện áp nguồn. Khi phân tích sòng hài sẽ tồn tại sóng
hài cơ bản (hài bậc 1, 50Hz) và sóng hài hoạ tần bậc cao. Độ méo dạng được định nghĩa:
1
2
1
2
I
II
THD
−
=
II.2.2: Bộ chỉnh lưu 1 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha:
π
= RMS_phase
tb_dc
U2
U

26/09/2010 17
b) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha có điều khiển:
( )α+
π
= cos1
2
U2
U RMS_phase
tb_dc
c) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha:
π
= RMS_phase
tb_dc
U22
U

26/09/2010 18
d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần:
( )α+
π
= cos1
U2
U
RMS_phase
tb_dc
d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần:
α
π
= cos
U22
U
RMS_phase
tb_dc

26/09/2010 19
II.2.3: Bộ chỉnh lưu 3 pha
a) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha:
b) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển:
α
π
= cos
2
U233
U
RMS_phase
tb_dc
c) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha:
π
RMSphase
tbdc
U
U
_
_
233
=
d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần:
( )α+
π
= cos1
2
U233
U RMS_phase
tb_dc

26/09/2010 20
d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần:
α
π
= cos
U233
U
RMS_phase
tb_dc

26/09/2010 21

26/09/2010 22
Dạng dòng điện ngõ vào:
e) Bộ chỉnh lưu kép 1 pha:

26/09/2010 23
f) Bộ chỉnh lưu kép 3 pha:

26/09/2010 24
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper)
Bộ biến đổi DC/DC:
Các bộ biến đổi DC-DC có thể chia làm ba loại:
+ Bộ tăng áp Uo > Ui (Boost converter).
+ Bộ hạ áp Uo < Ui (Buck converter).
+ Bộ tăng - giảm áp (Buck- Boost converter).
II.3.1: Bộ chopper giảm áp (lớp A)
T
T
U
U ON
DC
tb_d
=

26/09/2010 25
E
-
+
MOTOR 24VDC
D1
FC307
R1
10K
MOSFET
IRF540
R2
0.1/2W
D2
FC307
24V
KICH MOSFET
220
10W
GND_100V
J1
AC24V
1
2
GND_100V
L1
Q1
IRF460/TO
D6
- +
D1
50A 10W
3
2
1
4
GND_12V
+C1
400V 4700uF
+ C10 D4
30A
CB
1
3
2
4
Fast DIODEA
-
+
DCMOTOR
12
C9
103 2KV
GND_100V

26/09/2010 26
II.3.2: Bộ chopper tăng áp (lớp B)
T
T
1
1
U
U
ONDC
tb_d
−
=
II.3.3: Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp
II.3.4: Bộ chopper kiểu đảo dòng (lớp C)
T
T
U
U ON
DC
tb_d
=
TON
T
DCM
L
NC

26/09/2010 27
II.3.5: Bộ chopper kiểu đảo áp (lớp D)
Cách 1 (S1 và S2 được kích đồng thời, giống lớp C):
T
T
U
U ON
DC
tb_d
=
Cách 2 (kiểu đảo áp 1 – S1 và S2 đóng ngắt lệch pha): 1
T
T
2
U
U ON
DC
tb_d
−=
II.3.6: Mạch chopper kiểu tổng quát (lớp E)
Dạng mạch cầu H, điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư.
Điều khiển cách 1 (kiểu đảo dòng):
T
T
U
U ON
DC
tb_d
=
Điều khiển cách 2 (kiểu đảo áp 1&2): 1
T
T
2
U
U ON
DC
tb_d
−=

26/09/2010 28
Bài tập:
Cho động cơ DC như trên, có điện trở phần ứng 3Ω. Kích từ độc lập không đổi.
a) Điện áp phần ứng được cấp từ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, nguồn 380Vrms,
50Hz. Tính góc kích để động cơ vận hành ở 1/2 điện áp định mức?
b) Với điện áp như câu a, khi động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 17A: Tính tốc độ
(vòng/phút)?
c) Tính điện áp để động cơ đạt 500 vòng/phút ở 17A. Tính góc kích khi đó?
d) Tính tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được khi có tải 17A với bộ chỉnh lưu trên.
e) Tính điện áp để dòng điện khởi động bằng dòng 2 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
f) Tính điện áp để MOMENT khởi động bằng dòng 3 lần định mức. Tính góc kích tương ứng?
g) Tính thời hằng điện, biết Lư = 30mH?
h) Tính thời hằng cơ, biết J = 0,1 kgm2
, B = 0,01?

26/09/2010 29
i) Tính lại câu a, b với điện áp định mức.
j) Tính lại câu c, d với dòng điện 10A.
k) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần?
l) Tính lại các câu trên nếu dùng bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần?
m) Tính lại toàn bộ các cấu trên với động cơ sau:
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu= 0.003272 % H
J = 0.15 % kg.m^2
B = 0.01
a)
V250cos
220.63
cos
U233
U RMS_phase
tb_dc =α
π
=α
π
=
Ua = 250
alfa = 1.0635
alfa_do = 60.9342
b)
Ib = 17
E = 449
Eb = 199
nb = 522.9844
Wb = 54.7668
c)
nc = 500
Wc = 52.3599
Ic = 17
Ec = 190.2542
Uc = 241.2542
alfa_c = 1.0828
alfa_c_do = 62.0423
d)
Umax = 514.5999
Ed = 463.5999
nd = 1218.4
Wd = 127.5873
Các bộ điều khiển điện áp chỉnh lưu hay chopper cho phép điều khiển vòng hở động cơ
một chiều. Chương sau sẽ tình bày phương pháp điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một
chiều.

26/09/2010 30
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều
III.1: Mô hình động của động cơ DC
Mạch tương đương của động cơ DC kích từ độc lập:
Phương trình mạch vòng điện áp cho phần ứng của động cơ.
U = E + Ruiu + Lu
udi
dt
Trong đó : E = k.φ.ω
φkt ≈ kkt.ikt
Phương trình cân bằng moment trên trục động cơ :
Mcơ = Mc + J
d
dt
ω
+ Bω
Trong đó : Mcơ = k.φ.iu
J - Moment quán tính của hệ thống quy đổi về trục động cơ.
B - Hệ số ma sát
Mc - Moment cản quy đổi về trục động cơ.
Áp dụng biến đổi laplace, từ các phương trình trên, có mô hình động cơ DC:
( ) ( ) ( ) ( )ssILsIRsEsV uuuu ++=
( ) ( )sKsE φω=
( ) ( ) ( ) ( )s.s.Js.BsMsM cco ω+ω+=
( ) ( )sIksM uco φ=
⇒ ( ) ( ) ( )
uu
u
RsL
sEsV
sI
+
−
=
⇒ ( ) ( ) ( )
BJs
sMsM
s cco
+
−
=ω
Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:
Ikt
U
Rư
Iư
E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω
Rkt
Ukt
Φkt
ω Lư
uu RsL
1
+
φ.K
φ.K
BJs
1
+
( )sωMco (s)
( )sMc
( )V s I (s)
E (s)

26/09/2010 31
Mô hình động cơ DC trong Matlab/Simulink:
III.2: Bộ điều khiển PID
Phương trình vi phân mô tả hiệu chỉnh PID:
u(t) = KP e(t) + KI ∫ dt)t(e + KD
dt
)t(de
KP: hệ số khâu tỉ lệ.
KI: hệ số khâu tích phân.
KD:hệ số khâu vi phân.
Biến đổi Laplace:
e(t) u(t)
PID
Đối tượng
điều khiển
c(t)r(t)

26/09/2010 32
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
++== s.T
s.T
1
1K
)s(e
)s(u
)s(G D
I
p trong đó:
P
D
D
I
P
I
K
K
T,
K
K
T ==
Vấn đề thiết kế là cần hiệu chỉnh các giá trị Kp , Ki và K D sao cho hệ thỏa đạt được chất
lượng tối ưu.
Tóm tắt Vai trò của mỗi khâu hiệu chỉnh (adjustment) trong bộ điều khiển PID:
Khâu khuếch đại tỉ lệ Kp (Proportional gain):
Khi Kp tăng
Sai số xác lập giảm
Vọt lố tăng
Thời gian lên nhanh
Khâu tích phân tỉ lệ Ki (Integral gain):
Khi Ki tăng
Sai lệch tĩnh giảm (triệt tiêu - vô sai với hàm nấc)
Thời gian đáp ứng chậm
Khâu vi phân tỉ lệ Kd (Derivative gain):
Khi Kd tăng
Vọt lố giảm
Thời gian đáp ứng nhanh
Bớt nhấp nhô (dao động)
Đáp ứng của hệ thống sử dụng bộ điều khiển PID
Đáp ứng bước Vọt lố Dao động
Đáp ứng bước hàm bước 1(t)
III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC
III.1.1: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC
Sơ đồ khối mô hình động cơ DC kích từ độc lập:
Ikt
U
Rư
Iư
E = kE.Φkt.ω ≈ k.Ikt.ω
Rkt
Ukt
Φkt
ω Lư

26/09/2010 33
Ví dụ:
% Thong so dong co DC
Udm = 160 %V
Kphi = .432692 % Wb
Ru = 1.35216 % Ohm
Lu=.003272 % H
J = 0.15 % kg.m^2
%B = 0.01
B = 0
Đáp ứng vòng hở của động cơ DC
uu RsL
1
+
φ.K
φ.K
BJs
1
+
( )sωMco (s)
( )sMc
( )V s I (s)
E (s)

26/09/2010 34
III.1.2: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC
Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC dùng PID:
• Nếu n > ndat thì e < 0. PID sẽ điều khiển GIẢM u để n giảm bớt.
• Nếu n < ndat thì e > 0. PID sẽ điều khiển TĂNG u để n tăng thêm.
• Nếu n ≈ ndat thì e ≈ 0. PID sẽ GIỮ NGUYÊN u để n ỔN ĐỊNH.
Một hệ thống có hàm truyền bậc hai ( ) 22
2
2 nn
n
ss
KsH
ωξω
ω
++
= ,
thì K là độ lợi, ξ là độ giảm chấn,
nω là tần số dao động riêng.
Khi ξ <1, thì hệ thống có
ndat
Động cơ
+ u
_
n
n
PIDtốc độ
e

26/09/2010 35
_ thời gian đáp ứng 2
n
p
1
2
T
ξω
π
−
= , và
_ độ vọt lố
∞
∞ξ−
ξ
π−
−
==Δ
k
kk
e max1 2
.
Đáp ứng vòng kín tốc độ của động cơ DC

26/09/2010 36
Đáp ứng vòng hở Đáp ứng vòng kín
III.1.3: Điều khiển moment động cơ DC

26/09/2010 37
III.1.4: Điều khiển vị trí động cơ DC
ωdat Động cơ+
PIDdòng điện
u
_
ω
ω
PIDtốc độ
+
_
i
ωdat Động cơ+
PIDdòng điện
u
_
ω
ω
PIDtốc độ
+
_
i

26/09/2010 38
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-20
0
20
40
60
80
100
120
Time (s)
vitri(vong)
vi tri dat
vi tri dong co
Đáp ứng vị trí theo mô hình mô phỏng trên
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
-50
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Time (s)
tocdo(vong/phut)
toc do dong co
toc do dat
Đáp ứng tốc độ theo mô hình mô phỏng trên
III.1.5: Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive)

26/09/2010 39
Khởi
động mềm Dừng mềm

26/09/2010 40
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB)
IV.1.1: Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha
Rs
sI& jXs
Rm
mI&
sU&
jXm
'
rI& '
rR jX’r
Mạch tương đương của động cơ KĐB
'
rR
s
s1−

26/09/2010 41
( )2'
rs
2'
r
s
'
r2
s
s
co
XX
s
R
R
s
R
U3
1
M
++⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
ω
=
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0
ds
dT
= , hay 0
dn
dT
=
( )2'
rs
2
s
'
r
p
XXR
R
s
++
=
( )2'
rs
2
ss
2
s
s
max
XXRR
U
2
3
1
M
+++ω
=
( ) ( )2'
rs
2'
rs
'
r
2
s
s
st
XXRR
RU31
M
+++ω
=
s
s
s
s
2
M
M
p
p
max
+
=
Rt jXt
tU&
tI&
s
R'
r
jX’r
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator
Rs jXs
sU&
'
rI&
s
R'
r
jX’r
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB
0 ωωđm
Mkđ
Mmax
Mcơ
ωsωp
Mđm
TL
A
T

26/09/2010 42
Ở tần số cao, bỏ qua Rs khi tính moment cực đại và từ thông làm việc
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
=Ψ
f
U
k2
1
dq
( ) ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+π
=
f
R
LL2
1
s
'
r
'
rs
p
( )
2
s
'
rs
max
f
U
LL2
2
3
M ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
+π
=
Ở tần số thấp, phải xét đến Rs:

26/09/2010 43
IV.1.2: Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha
Không dùng khởi động mềm, moment khởi động tăng đột ngột, dòng khởi động lớn.
Khởi động đông cơ rotor dây quấn bằng điện trở mở máy:
Nối tiếp thêm điện trở rotor sao cho sp = 1, moment khởi động bằng moment cực đại trong khi
dòng điện khởi động giảm.
( )
1
XXR
RR
s
2'
rs
2
s
'
kd
'
r
p =
++
+
=
( )2'
rs
2
ss
2
s
s
maxkd
XXRR
U
2
3
1
MM
+++ω
==
Rs
sI& jXs
Rm
mI&
sU&
jXm
'
rR
jX’r
Khởi động: n = 0: s = 1: Is = Ist
'
rI&
0 ωωđm
Mkđ
Mmax
Mcơ
ωsωp
Mđm
TL
A
T

26/09/2010 44
Khởi động động cơ bằng cách giảm điện áp stator:
Giảm điện áp để khởi động mềm, moment khởi động tăng từ từ, dòng khởi động nhỏ.
0 n
T
nsnp
A1
A2
A3
Us giảm

26/09/2010 45
Khởi động dùng biến áp tự ngẫu để giảm điện áp khởi động:
Khởi động dùng cuộn cảm để giảm điện áp khởi động:
Khởi động Y→Δ giảm dòng và mometn khởi động 3 lần:

26/09/2010 46
Khởi động dùng Bộ khởi động mềm (Thyristor) để giảm điện áp khởi động:
Tăng tốc
Giảm tốc
Hạn dòng

26/09/2010 47
IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
IV.2.1: Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor
Nối tiếp thêm điện trở rotor để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của
động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).
( )2'
rs
2
s
'
nt
'
r
p
XXR
RR
s
++
+
=
( )2'
rs
2
ss
2
s
s
max
XXRR
U
2
3
1
M
+++ω
=
U, I
UN
Ust
Ustop=0,85Ust
0,9UN
IB
I
U
tR
tB
ttAus

26/09/2010 48
IV.2.2: Điều khiển điện áp phần ứng
Điều khiển giảm điện áp stator để thay đổi đặc tuyến tải và thay đổi điểm làm việc của
động cơ ⇒ thay đổi tốc độ (bằng cách thay đổi độ trượt).
IV.2.3: Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f
Điều khiển thay đổi tốc độ thông qua thay đổi tần số nguồn điện cấp cho động cơ:
( )s1
P
f60
n −= . Tuy nhiên phải đảm bảo dm
dq
f
U
k2
1
Ψ≤⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
π
=Ψ để mạch từ không bảo hòa.
0 n
M
ns
A1
A2
'
rR tăngMmax
0 n
M
nsnp
A1
A2
A3
Us giảm

26/09/2010 49
Khi tần số lớn hơn định mức, điện áp không tăng hơn địn mức được nên từ
thông động cơ suy giảm:
Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền) (Bơm, quạt,…)
f
V, T
Te
Rs*Ilim
TL
fđm
V/f=constVđm
Tđm
V/f=const
f
V, T
Te
Rs*Ilim
TL
fđm
Tđm
Vđm

26/09/2010 50
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha
V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian
V.1.1: Bộ nghịch lưu ba pha.
Biến tần ngõ vào 1 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:
π
RMSphase
tbdc
U
U _
_
22
=
Biến tần ngõ vào 3 pha, nếu tụ lọc nhỏ, điện áp DC trung bình là:
π
RMSphase
tbdc
U
U
_
_
233
=

26/09/2010 51
Nếu tụ lọc đủ lớn (hay khi không tải), điện áp DC sẽ được lọc phẳng. Trị điện áp DC trung bình
là trị đỉnh:
_ Biến tần ngõ vào 1 pha : RMS_phaseU2
_ Biến tần ngõ vào 3 pha : RMS_phaseRMS_line U32U2 = .
Hình 1.1: Sơ đồ bộ nghịch lưu ba pha cân bằng gồm 6 khoá S1→S6.
Phương pháp tính mạch điện:
Ví dụ 1.1: Tính điện áp các pha ở trạng thái S1, S3, S6 ON và S2, S4, S5 OFF?
A B
C
Udc
n
N
UAN UBN
UCN
A
B
C
Udc
S4
S3
S6
S5
S2
S1
S7
R
n n
motor
N

26/09/2010 52
Hình 1.2: Trạng thái các khoá S1, S3, S6 ON, và S2, S4, S5 OFF (trạng thái 110).
II.2. Vector không gian điện áp
Đơn vị (Udc)
Va Vb Vc usa usb usc uab ubc uca U Deg us
k S1 S3 S5 UAN UBN UCN UAB UBC UCA usα usβ
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 U0 U000
1 1 0 0 2/3 -1/3 -1/3 1 0 -1 U1 0o
2 1 1 0 1/3 1/3 -2/3 0 1 -1 U2 60 o
3 0 1 0 -1/3 2/3 -1/3 -1 1 0 U3 120 o
4 0 1 1 -2/3 1/3 1/3 -1 0 1 U4 180 o
5 0 0 1 -1/3 -1/3 2/3 0 -1 1 U5 240 o
6 1 0 1 1/3 -2/3 1/3 1 -1 0 U6 300 o
7 1 1 1 0 0 0 0 0 0 U7 U111
Bảng 1.1: Các điện áp thành phần tương ứng với 8 trạng thái của bộ nghịch lưu.
Ví dụ 1.2: Tính các điện áp thành phần usα và usβ tương ứng với 8 trạng thái trong bảng 1.1?
Điều chế vector không gian điện áp sử dụng bộ nghịch lưu ba pha
Ví dụ 1.3: Xét bộ nghịch lưu ở trạng thái 110:
Khi đó các điện áp pha usa=1/3Udc, usb= 1/3Udc, usc=-2/3Udc.
Phương pháp hình học: có hình vẽ
Hình 1.3: Vector không gian điện áp stator su
r
ứng với trạng thái (110).
Ở trạng thái (110), vector không gian điện áp stator pha 1_phaseu
r
có độ lớn bằng 2/3Udc và
có góc pha là 60o
.
Ví dụ 1.4: Tìm (độ lớn và góc của) vector không gian điện áp stator )t(us
r
ứng với trạng thái
(101)? (Giải theo phương pháp đại số như trên hay theo phương pháp hình học)
A
su
r
B
C
scu
r
Udc
sau
r
sbu
r
scsbsa uuu
rrr
++
U2(110)

26/09/2010 53
Xét tương tự cho các trang thái còn lại, rút ra được công thức tổng quát
3
)1k(j
dck eU
3
2
U
π
−
= với k = 1, 2, 3, 4, 5, 6.
Hình 1.4: 8 vector không gian điện áp stator tương ứng với 8 trạng thái.
3
)1k(j
dck eU
3
2
U
π
−
= k = 1, 2, 3, 4, 5, 6. U0 và U7 là vector 0.
Các trường hợp xét ở trên là vector không gian điện áp pha stator.
Hình 1.5: Các vector không gian điện áp pha stator.
3
)1k(j
dck_phase eU
3
2
U
π
−
= k = 1, 2, 3, 4, 5, 6
Bằng cách điều khiển chuyển đổi trạng thái đóng cắt các khóa của bộ nghịch lưu dễ dàng
điều khiển vector không gian điện áp “quay” thuận nghịch, nhanh chậm. Khi đó dạng điện áp ngõ
ra bộ nghịch lưu có dạng 6 bước (six step).
U1 (100)
U2 (110)U3 (010)
U6 (101)U5 (001)
U4 (011)
CCW
CW
U0 (000)
U7 (111)
Up1
Up2Up3
Up6Up5
Up4
Up0
Up7
Trục usa
a
b
c

26/09/2010 54
Hình 1.6: Các điện áp thành phần tương ứng với 6 trạng thái.
Điều chế biên độ và góc vector không gian điện áp dùng bộ nghịch lưu ba pha
Hình 1.7: Điều chế biên độ và góc vector không gian điện
áp.
Để không quá điều chế, biên độ điện áp phải nằm trong vòng
tròn nội tuyến của lục giác:
3
dc
s
U
u ≤
U1 (100)
us
T1
T2
U2 (110)U3 (010)
U6 (101)U5 (001)
U4 (011)
CCW
CW
U0 (000)
U7 (111)
α
su
r

26/09/2010 55
V.1.2: Vector không gian và hệ toạ độ stator (αβ).
a) Vector không gian:
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator bố trí trong
không gian như hình vẽ sau:
Hình 1.8: Sơ đồ đấu dây và điện áp stator của ĐCKĐB ba pha.
(Ba trục của ba cuộn dây lệch nhau một góc 1200
trong không gian)
rotor
stator
Pha A
Pha B
Pha Cusc
usa
usb

26/09/2010 56
Ba điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ nghịch lưu, biến tần;
ba điện áp này thỏa mãn phương trình:
usa(t) + usb(t) + usc(t) = 0
Trong đó:
Với ωs = 2πfs; fs là tần số của mạch stator; |us| là biên độ của điện áp pha, có thể thay đổi.
(điện áp pha là các số thực)
Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau:
[ ]00
240120
)()()(
3
2
)( j
sc
j
sbsas etuetututu ++=
r
(1.4)
A
B
C
N
A
B
C
N
usa(t) = |us| cos(ωst)
usb(t) = |us| cos(ωst – 1200
)
usc(t) = |us| cos(ωst + 1200
)

26/09/2010 57
b) Hệ toạn độ satator (αβ).
Hình 1.9: Vector không gian điện áp stator su
r
và các điện áp pha.
suy ra
V.2: Hệ qui chiếu quay
V.2.1: Hệ toạ độ từ thông rotor (dq).
Với
dt
d r
r
φ
=ω (tốc độ quay của từ thông rotor so với stator đứng yên), với φr là góc hợp bởi trục
từ thông rotor (trục d) với trục chuẩn stator (trục α) (là trục cuộn dây pha A).
0
jβ
α
su
r
usa = usα
usβ
usc
usb Cuộn dây
pha A
Cuộn dây
pha B
Cuộn dây
pha C
usa = usα
usb = βα ss u
2
3
u
2
1
+−
usα = usa
usβ = ( )sbsa u2u
3
1
+

26/09/2010 58
Hình 1.10: Biểu diễn vector không gian si
r
trên hệ toạ độ từ thông rotor, còn gọi là hệ
toạ độ dq.
V.2.2: Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq.
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ toạ độ từ thông rotor
V.3.1: Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu.
si
r
isβ
Cuộn dây
pha A
Cuộn dây
pha B
Cuộn
dây pha C
0
α
isα
d
jq
isd
isq θ
rψ
r
ωr =ωa
ω
φr
Trục từ
thông rotor
Truïc rotor
jβ
∫ dt
d r
r
φ
=ω
fsd = fsαcosφr + fsβsinφr
fsq = - fsαsinφr + fsβcosφr
fsα = fsdcosφr - fsqsinφr
fsβ = fsdsinφr + fsqcosφr

26/09/2010 59
Hình 2.1: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha
mL
s
Rr
rLσsLσsR
sv
si ri
mi
Hình 2.2: Mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha
Các thông số của ĐCKĐB ba pha:
Rs điện trở cuộn dây pha của stator (Ω).
Rr điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω).
Lm hỗ cảm giữa stator và rotor (H).
Lσs điện cảm tản của cuộn dây stator (H).
Lσr điện cảm tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H).
P số đôi cực của động cơ.
J momen quán tính cơ (Kg.m2
).
Các thông số định nghĩa thêm:
Ls = Lm + Lσs điện cảm stator.
Lr = Lm + Lσr điện cảm rotor.
Ts =
s
s
R
L
hằng số thời gian stator.
Tr =
r
r
R
L
hằng số thời gian rotor.
σ = 1 –
rs
2
m
LL
L
hệ số từ tản tổng.
stator
Cuộn dây
pha A
isa
usa
irA
isc
usc
isb
usb
Cuộn dây
pha C
Cuộn dây
pha B
rotor
irC
irB
stator
ω
θ
Trục chuẩn

26/09/2010 60
V.3.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
Trong hệ tọa độ dq, ψrq=0 do vuông góc với vector f
rψ
r
nên f
rψ
r
=ψrd .
dt
disd
= ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
σ
σ−
+
σ
−
rs T
1
T
1
isd + ωsisq + rd
mrLT
1
Ψ
σ
σ−
+ sd
s
u
L
1
σ
dt
disq
= ⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
σ
σ−
+
σ
−
rs T
1
T
1
isq−ωsisd− rd
mL
1
Ψω
σ
σ−
+ sq
s
u
L
1
σ
rd
r
sd
r
mrd
T
1
i
T
L
dt
d
Ψ−=
Ψ
Khi ψrd = const: sdmrdr iL=ψ=ψ
dt
d rqΨ
= 0
và rdslsq
r
m
i
T
L
Ψ= ω Khi ψrd = const
sd
sq
r
sl
i
i
T
1
=ω
sqrd
r
m
co i
L
L
P
2
3
M ψ=
dt
d
J
dt
d
P
J
MM codien
cco
ω
=
ω
=−
sqrd
r
m
co i
L
L
P
2
3
M ψ=
r
sq
r
m
sl
i
T
L
ψ
ω =
Ưu điểm của mô hình ĐCKĐB trong HTĐ dq so với HTĐ αβ:
1. Các đại lượng không biến thiên dạng sin theo thời gian.
2. Hệ phương trình đơn giản hơn (ψrq=0).
3. Phân ly điều khiển từ thông rotor rψ
r
và momen Te (tốc độ ω).
4. Gần giống với điều khiển động cơ một chiều.
sd
r
m
rdr i
sT1
L
+
=ψ=ψ
dt
d
J
dt
d
P
J
MM codien
cco
ω
=
ω
=−
isd → rψ
r
isq → Mcơ → ω

26/09/2010 61
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha
V.4.1: Điều khiển PID
Xem phần trước.
V.4.2: Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha.
ĐC KĐB
==
3~
Udc
Điều
khiển
M
3~
a b c
Nghịch
lưu
2=
3
isa
isb
isα
isβ
rj
e φ−
isd
isq
φr
αβ → dqabc→ αβ

26/09/2010 62
ψr , Te , φr=???
K1 , K2 =??? ω, ωmech =???

26/09/2010 63

26/09/2010 64
Hình …: Hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng phương pháp FOC.
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-10
0
10
M
T
M
e
(Nm)
momen tai
momen dien
momen tai
momen dienmomen dien
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
0.5
1
Fi
r
(Wb)
tu thong dat
tu thong dap ung
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
500
1000
time (s)
n(RPM)
toc do dat
toc do dap ung
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-200
0
200
time (s)
U
A
U
B
(Volt)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-10
0
10
I
A
I
B
(Ampere)
dong dien pha A
dong dien pha B
dien ap pha A
dien ap pha B
Hình …: Đáp ứng của hệ thống điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha
khi dùng phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC)
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2
.
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω.
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2 và tốc độ ωcơ, n?
(Chú ý, khi vận hành ở công suất định mức: isdn < isqn)
Rs
sI& jXσs
sU&
'
rI& '
rR jX’σr
Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ
'
rR
s
s1−
RFe jXm
mI&
FeI&

26/09/2010 65
f2
X
L m
m
π
=
f2
X
L s
s
π
σ
σ = sms LLL σ+=
r
s
s
R
L
T =
f2
X
L r
r
π
σ
σ = rmr LLL σ+=
r
r
r
R
L
T =
sT1
iL
r
sdm
rd
+
=ψ Từ thông không đổi, ⇒ dsmr iL=Ψ
sdm
e
m
r
r
e
m
r
sq
iL
T
L
L
P3
2T
L
L
P3
2
i ==
ψ
⇒ e2
m
r
sdsq T
L
L
P3
2
ii =
Mà s
2
ds
2
sqs I2iii =+=
Khi biết momen điện Te và dòng điện Is,
Từ 2 phương trình trên tính được isd và isq và Ψr.
Chú ý: khi động cơ vận hành ở định mức, thì isd thường nhỏ hơn isq.
Thông thường isd bằng 40-60% Is định mức.
Và tính được
rr
qsm
sl
T
iL
Ψ
=ω .
Từ đó tính được tốc độ góc trựơt cơ:
p
sl
co_slsl
ω
ω ==Ω và tính được tốc độ động cơ.
m
rrdrd
sd
L
sT
i
ψψ +
=
r
e
r
m
sq
T
L
L
p2
3
i
ψ
=
sd
sq
r
r
rr
qs
r
m
sl
i
i
T
1
L
T
i
L
L
=
Ψ
=ω
Từ thông không đổi: *
dsm
*
r iL=Ψ
*
e1
*
qs TKi = ⇒ *
ds
2
m
r
*
e
*
qs
1
i
1
L
L
p3
2
T
i
K ==
*
qs2
*
sl iK=ω ⇒ *
dsr
m
*
rr
m
*
qs
*
sl
2
iT
L
T
L
i
K =
Ψ
==
ω
vì *
sl
*
rr
*
qsm TiL ωΨ=

26/09/2010 66
V.5: Bộ biến tần
Bộ điều khiển
Bộ xử lý
FOC
PWM
QEP ADC
SCI
I/O
ADC
L3
L2
L1
N
L

26/09/2010 67

26/09/2010 68

26/09/2010 69

26/09/2010 70

26/09/2010 71
Tốc độ
đặt
Tốc độ đặt
Phản
hồi tốc
độ
+
-
PID Tín hiệu
momen
điều
ểHạn chế
Tốc độ
đặt

26/09/2010 72

26/09/2010 73

26/09/2010 74
Bài tập 5.1:
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 3 pha 380V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 3 pha
380V, 50Hz.
a) Tụ lọc nguồn nhỏ:
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link?
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)?
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất?
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất?
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a).
a) Tụ lọc nhỏ:
_ dc
RMS_lineRMS_phase
tb_dc V513
380*23U23U233
U =
π
=
π
=
π
=
_ m_fa
dc
s UV296
3
513
3
U
U ===≤ ?
_ V210
2
296
U RMS_fa =≤
_ V3633210U RMS_d =≤ 3*sqrt(2)*380/pi/sqrt(3)/sqrt(2)*sqrt(3)
b) Tụ lọc đủ lớn: tính lại câu a).
_ dcRMS_linetb_dc V537380*2U2U ===
_ m_fa
dc
s UV310
3
537
3
U
U ===≤ ?
_ V219
2
310
U RMS_fa =≤
_ V3803219U RMS_d =≤
Bài tập 5.2:
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 1 pha 220V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 1 pha
220V, 50Hz.

26/09/2010 75
Bài tập 5.3:
Bộ biến tần Nhật 3 pha 220V.
Khi đem về Việt Nam thì phải dùng nguồn 1 pha 220V, 50Hz.
Bài tập 5.4:
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz.
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3)
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3)
Với ωs = 2πfs (rad/s)
Tại thời điểm t = 4ms = 0,004s,
Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp su
r
?
us = 311.1270
usa = 96.1435
usb = 208.1846
usc = -304.3281
us_afa = 96.1435
us_bta = 295.8993
Bài tập 5.5:
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz.
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3)
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3)
Với ωs = 2πfs (rad/s)
Tại thời điểm t = 3ms = 0,003s,
a) Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp su
r
?
b) Tính usd , usq biết góc hệ toạ độ quay (trục d) là 30o
?
|us| = 311.1270

26/09/2010 76
usa = 182.8759
usb = 126.5467
usc = -309.4226
us_afa = 182.8759
us_bta = 251.7070
gama = 54.0000
theta = 30
v = 0.5236
usd = 284.2286
usq = 126.5467
Bài tập 5.6:
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2
.
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω.
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2và tốc độ ωcơ, n,?
mL
s
Rr
rLσsLσsR
sv
si ri
mi

26/09/2010 77
ωcơ = ωs - ωsln(mech) = 2*π*f/P – 7.1337 =
2*π*50/2 – 7.1337 = 150(rad/s)
π
ω=
2
60
n co
Bài tập 5.7: Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, 380V, 50Hz, nối Y, 2,1A. Moment định
mức là 4,** Nm (với ** là 2 số cuối của mã số sinh viên). Trong hệ tọa độ từ thông rotor, khi động
cơ vận hành ở định mức, tính:
a) Dòng điện isd và isq ?
(Biết ở định mức, isd < isq).
b) Độ lớn từ thông rotor |ψr| ?
c) Tốc độ trượt ωsl và tốc độ động cơ n ?
d) Hệ số K1, K2 như hình vẽ?
Cho biết động cơ có các thông số:
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω,
Lσs = 0,043H, Lσr = 0,04H,
Lm = 0,42H.
Ket qua _________________________________________________________
Te = 4.00
a) id = 1.302790 (chọn isd < isq!, thông thường ở định mức, isd bằng 20-40% Is định mức)

26/09/2010 78
a) iq = 2.668846
b) PHIr = 0.547172
c) Wsl = 28.056382
d) n = 1366.040644
e) K1 = 0.667211
e) K2 = 4.415272
Bài giải:
clc
clear all
% Cau5
P = 2
U_line = 380 %V, Noi Y
Is_RMS = 2.1 %A
f = 50 %Hz
Rs = 10 %Ohm
Rr = 6.3
Lxs= 0.043
Lxr= 0.04
Lm = 0.42
Te = 4.00
%Te = 5.00
Lr = Lm + Lxr
Tr = Lr/Rr
disp('Bai giai _________________________________________________________')
% a) isd, isq
idiq = 2/3/P*Lr/Lm/Lm*Te
is = sqrt(2)*Is_RMS
% id^2 + (idiq/id)^2 = is^2
% Hay id^4 - (is^2)*id^2 + idiq^2 = 0
a = 1
b= -is^2
c = idiq^2
delta = b^2 - 4*a*c
id2 = (-b-sqrt(delta))/2/a
iq2 = (-b+sqrt(delta))/2/a
id = sqrt(id2) % id < iq
iq = sqrt(iq2)
% b) PHIr
PHIr = Lm*id
% c) Wsl
Wsl = Lm*iq/(Tr*PHIr)
% d) n
ns = 60*f/P
n = ns - 60/2/pi*(Wsl/P)
% e) K1, K2
K1 = iq/Te
K1 = 2/3/P*Lr/Lm/Lm/id
K2 = 1/Tr/id
K2 = Wsl/iq
%delta
disp('Ket qua _________________________________________________________')
TEXT = sprintf('a) id = %f', id); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('a) iq = %f', iq); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('b) PHIr = %f', PHIr); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('c) Wsl = %f', Wsl); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('d) n = %f', n); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) K1 = %f', K1); disp(TEXT)
TEXT = sprintf('e) K2 = %f', K2); disp(TEXT)

26/09/2010 79
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha
VI.1: Động cơ đồng bộ 3 pha.
N
S
A+
B+
C+B-
A-
C-
Flux Φ f
ns
N
S
A+
B+
C+B-
A-
C-
A
B
C
N
N
S

26/09/2010 80
θe
αe
X
Axe bobine
a a'
a
a'
γe
Axe bobine
b b'
Axe bobine
c c'
b
b'
c
c'
Axe
inducteur
N
S
N S
A-
B+
A+
C+
C-
B-
A
B
C

26/09/2010 81
VI.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr).
Ký hiệu:
f2s πω =
pΨ từ thông rotor (nam châm vĩnh cửu).
s
sd
sd
R
L
T = với Lsd là điện cảm dọc trục.
s
sq
sq
R
L
T = với Lsq là điện cảm ngang trục.
sd
sd
sq
sd
sq
ssd
sd
sd
u
L
1
i
L
L
i
T
1
dt
di
++−= ω
sq
p
ssq
sq
sq
sq
sd
sq
sd
s
sq
L
u
L
1
i
T
1
i
L
L
dt
di Ψ
−+−−= ωω
psdsdsd Li Ψ+=ψ
sqsqsq Li=ψ
Ua
RajXs
IaIf
Rf
Uf
Φaf
Eaf
n

26/09/2010 82
( )sdsqsqsdco iiP
2
3
M ψψ −=
dt
d
JMM co
cco
ω
=−
VI.3: Điều khiển FOC động cơ đồng bộ ba pha.
isd → sψ
r
isq → Mcơ → ωco

26/09/2010 83

26/09/2010 84
Tài liệu tham khảo:
1. Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc, “Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2008.
2. Nguyễn Văn Nhờ, “Cơ sở Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2003.
3. Nguyễn Phước Vĩnh Tùng, “Biến Tần ALTIVAR”, Schneider Electric, 2010.
4. Bài giảng điện tử của Siemens.
5. Lê Minh Phương, Bài giảng “Truyền Động Điện”, ĐH Bách Khoa TP.HCM.
6. Trần Công Binh, Bài giảng “Kỹ Thuật Điện 2”, ĐH Bách Khoa TP.HCM.
7. Trần Công Binh, Bài giảng “Hệ Thống Điều Khiển Sô” , ĐH Bách Khoa TP.HCM.
8. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển động cơ một chiều” , ĐH Bách Khoa TP.HCM.
9. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển các máy điện xoay chiều” , ĐH Bách Khoa
TP.HCM.
10. Tài liệu từ internet.

Bai giang truyen dong dien dh nha trang v1

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Bai giang truyen dong dien dh nha trang v1

Similar to Bai giang truyen dong dien dh nha trang v1 (20)

More from Con Khủng Long

More from Con Khủng Long (15)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Bai giang truyen dong dien dh nha trang v1