Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download đồ án môn học ngành điện tự động công nghiệp với đề tài: Cho một hệ truyền động động cơ – xe. Xây dựng bộ điều khiển tốc độ xe bám theo tín hiệu đặt sử dụng động cơ dị bộ xoay chiều ba pha

1. EBOOKBKMT.COM
1
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀU BIỂN
NGHÀNH : ĐIỆN TỰ ĐỘNG CÔNG NGHIỆP
ĐỒ ÁN MÔN HỌC
MÔN : TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
ĐỀ BÀI : ĐỀ 36: Cho một hệ truyền động động cơ – xe. Xây dựng bộ điều
khiển tốc độ xe bám theo tín hiệu đặt sử dụng động cơ dị bộ xoay chiều ba pha
Giáo viên hướng dẫn : TRẦN TIẾN LƯƠNG
Sinh viên : LÊ HOÀNG ANH
Msv : 39147
Nhóm : NO1
Hải phòng,năm 2013

2. EBOOKBKMT.COM
2
Mục lục
Chương I: Tổng quan và phân tích yêu cầu công nghệ
1.1.Giới thiệu chung
1.2.Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha
1.2.3 Nguyên lý làm việc
1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
Chương 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
2.1.Cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha
2.2.Mô hình toán động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha
2.3.Tổng hợp các bộ điều khiển
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK
3.1.Mô phỏng trên Simulink

3. EBOOKBKMT.COM
3
Chương I: Tổng quan và phân tích yêu cầu công nghệ
1.1.Giới thiệu chung
Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực
khác nhau, chúng được dùng để cung cấp động lực cho phần lớn các cơ cấu sản
xuất. Trong thế kỷ XIX đã lần lượt xuất hiện truyền động điện động cơ một chiều
và động cơ xoay chiều. Trong nhiều năm của thế kỷ XX, khoảng 80% các hệ
thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ đều dùng động cơ xoay
chiều, còn khoảng 20% truyền động điện có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ
dùng động cơ một chiều. Điều này hầu như đã được thế giới coi như là một quy
luật phân bổ hiển nhiên. Phương án điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều mặc dù
đã được phát minh và đưa vào ứng dụng khá sớm, nhưng chất lượng của nó lại khó
bề sánh kịp với hệ thống truyền động điện một chiều. Mãi tận tới thập kỷ 70 của
thế kỷ XX, khi thế giới bị cuốn hút vào nguy cơ khan hiếm dầu mỏ, các nước công
nghiệp tiên tiến mới tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ
động cơ xoay chiều hiệu suất cao, hy vọng coi đó là con đường tiết kiệm nguồn
năng lượng. Qua hơn 10 năm cố gắng nỗ lực, đến thập kỷ 80 hướng nghiên cứu ấy
đã đạt được thành tựu lớn, và đã được coi là bước đột phá thần kỳ trong truyền
động điện xoay chiều, và từ đó tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ
điện xoay chiều ngày một tăng lên. Trong các ngành công nghiệp đã có trào lưu
thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh
tốc độ động cơ xoay chiều.
1.2.Sơ lược về động cơ không đồng bộ ba pha
1.2.1. Định nghĩa
Động cơ không đồng bộ là loại động cơ điện xoay chiều mà tốc độ quay của
rotor khác với tốc độ quay của từ trường quay trong máy.

4. EBOOKBKMT.COM
4
H1.1: Động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
1.2.2. Cấu tạo
a)Phần tĩnh (Stato)
Stato có cấu tạo gồm vỏ máy,lõi sắt và dây quấn
*Vỏ máy
Vỏ máy làm nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép Stator,vỏ có dạng trụ
rỗng, có chân để cố định máy trên bệ và có hai nắp máy ở hai đầu để đỡ trục máy
và bảo vệ phần đầu dây quấn.Các máy có công suất nhỏ thì vỏ làm bằng nhôm,
máy có công suất trung bình và lớn vỏ làm bằng gang.
*Lõi sắt
Lõi sắt là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn
hao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại. Khi đường kính ngoài
lõi sắt nhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn
thì dùng những tấm hình rẻ quạt (hình 2) ghép lại

5. EBOOKBKMT.COM
5
*Dây quấn: Được quấn thành từng các mô bin, mà các cạnh của các mô bin
đó được đặt vào các rãnh của lõi thép stator
b) Phần quay (roto): Gồm có : Lõi thép, trục máy và dây quấn
*Lõi thép: Được dập từ các lá thép kỹ thuật điện có dạng hình tròn và mặt
ngoài được dập thành rãnh để đặt cuộn dây, ở giữ được dập lỗ tròn để lồng trục
máy.
*Trục máy: làm bằng thép tốt, được lồng cứng với lõi thép.Trục được đỡ
bởi hai ổ bi trên hai nắp máy.
*Dây quấn: có hai loại
+ Loại lồng sóc: dây quấn rotor là các thanh dẫn bằng đồng thau hoặc bằng nhôm
đặt trong các rãnh của rotor, hai đầu được nối với hai vòng ngắn mạch cũng bằng
đồng thau hoặc bằng nhôm.
+Loại dây quấn: dây quấn giống như dây quấn stator và thường được đấu hình
sao.Ba đầu được đưa ra 3 vành trượt bằng đồng trên trục máy, vành trượt này cách
điện với nhau và cách điện với trục máy.
c) Khe hở không khí
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng bộ
rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ
số công suất của máy cao hơn.

6. EBOOKBKMT.COM
6
*Đặc điểm
-Cấu tạo đơn giản
-Đấu trực tiếp với điện lưới xoay chiều 3 pha.
-Tốc độ quay của rô to nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường quay của stato n < n1
Trong đó :
n : tốc độ quay của rô to
n1 : tốc độ quay của từ trường quay
1.2.3 Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều 3 pha, trong động cơ sẽ
sinh ra một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor làm cảm
ứng trên dây quấn rotor một sức điện động e2, từ đó sinh ra dòng điện i2 chạy
trong dây quấn rotor.
Dòng điện i2 tác động tương hỗ với từ trường stator tạo ra lực điện từ trên
dây dẫn rotor và mômen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của
từ trường.
Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay Stator
n1.Vì tốc độ của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stator nên gọi là động cơ
không đồng bộ
Các đại lượng đặc trưng và phương trình cơ bản
*Hệ số trượt : để biểu thị mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của rôto n và
tốc độ quay của từ trường quay n1.
1
1
n n
s
n


0 1s 

7. EBOOKBKMT.COM
7
60* 1
1
f
p
n 
1*(1 )n n s 
*Sức điện động
Khi rôto đứng yên : 20 20 2 24.44* * * * mf K WE  
Khi rôto chuyển động : 2 2 2 24.44* * * * ms sf K WE  
Trong đó :
K2 : Hệ số cuốn dây
f20 = f1
f2s = s * f1
W2: số vòng dây
Φm : Từ thông
*Công suất
Công suất điên đưa vào : * * *cos1 3 U IP 
Tổn hao điện từ : ∆Pdt
Tổn hao sắt : ∆Pst
Công suất điện từ :
2 * 1
* 1 *
60
dt
n
M MP

 
= P1 - dtP - stP
Tổn hao do dây quân rô to : 2dP
Công suất cơ ở trục : '2 *P M  = dtP - 2dP

8. EBOOKBKMT.COM
8
Tổn hao do ma sát : msP
Công suất cơ đưa ra : P2 = P’2 - msP
P2 = 1P - dtP - stP - 2dP - 2dP - msP
Hiệu suất :
1
2
P
P
 
*Các phương trình cơ bản
+Phương trình đặc tính cơ điện
'
1 1 22 2 '
2 22
1
1 1
*
( ) nm
I U I I
R X R
R X
s

 
 
 
 
 
 
  
   

 
1
2 2
' 1
2 '
2 22
1( ) nm
U
I
R X
U
I
R
R X
s

 



 
Với : 1 2X X X   
+Phương trình đặc tính cơ
'2 '
1 2
'
2 22
1 1
2
1
2
1
' '
2 2
22 2
1
1
'
2
3* * 2* *(1 ) 2*
2** * ( )
3*
2* 1*( 1 )
0
f th th
th th
nm
th th
f
th
nm
nmnm
U R M M
S SS SR
S R X
S S S Ss
U
R R X
R R
Sth
XR X
R
R
M
M





 
      
 

 
  





9. EBOOKBKMT.COM
9
+Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ:
+ Ảnh hưởng của điện áp lưới:
Khi điện áp thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng và độ trượt tới hạn
không đổi còn mô men tới hạn thay đổi tỉ lệ với bình phương điện áp lưới.Nếu điện
áp đặt vào động cơ giảm thấp quá có thể làm cho mô men khởi động của động cơ
giảm thấp và động cơ không khởi động được.
+ Ảnh hưởng của điện trở, điện kháng mạch stato:
Khi thay đổi điện trở hoặc điện kháng mạch stato thì tốc độ không tải lý tưởng
không thay đổi còn độ trượt tới hạn và mô men tới hạn đều thay đổi.
+ Ảnh hưởng của số đôi cực p:
Khi thay đổi số đôi cực P thì tốc độ không tải lý tưởng thay đổi còn độ trượt
tới hạn và mô men tới hạn đều thay đổi.
+ Ảnh hưởng tần số.
Quy tắc điều chỉnh giữ cho khả năng quá tải không đổi.
'2
max max1
max 2 '
1
' '2 2'
max 1 1
2 '2
max 1 1
*
*
*
M MU
C const
f M M
M U fM
const
M M U f
M    
  
' ' '
1 1
1 1
*
U f M
U f M

Luật điều khiển giữ cho Môment không đổi : M=const
' '
1 1
1 1
1
1
U f
U f
U
const
f



10. EBOOKBKMT.COM
10
Luật điều khiển giữ cho công suất không đổi :P=const
' '
1
1
' '
1 1
1 1
M f
M f
U f
U f


1.3.Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
a) Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số f1
Xuất phát từ biểu thức ω= ω0 (1-s) = 2Πf1 (1-s) /p, ta nhận thấy khi thay đổi
tần số f1 ta cũng có thể thay đổi được tốc độ động cơ không đồng bộ.Do máy điện
được thiết kế để làm việc với tần số nhất định nên việc thay đổi tần số làm ảnh
hưởng đến chế độ công tác của máy.
Vì U1=E1 = 4,444.f1.Ktp1.W1.Ф.10-8 = KФ.f1
Nếu điện áp U1 = Const thì khi f1 tăng thì từ thông Ф giảm do đó sẽ dẫn đến hiện
tượng giảm mô men trong máy.Để giữ cho mô men không đổi thì phải tăng dòng
điện.Như vậy động cơ sẽ bị quá tải về điện.Còn nếu ta giảm f1 thì từ thông Ф sẽ
tăng lên,điều này làm đốt nóng lõi thép và làm cho hiện tượng bão hòa từ tăng.
Như vậy khi thay đổi tần số thì đồng thời ta phải thay đổi U1 cho phù hợp nhằm
giữ cho Ф là không đổi.
*Qui luật thay đổi tần số:
Khi điều chỉnh nếu ta giữ cho hệ số quá tải là hằng số thì chế độ làm việc
của máy điện sẽ luôn được duy trì ở mức tối ưu như làm việc với tải định mức.
Như vậy khi điều chỉnh phải luôn thỏa mãn điều kiện :
Kqt = Mth /Mc=const.

11. EBOOKBKMT.COM
11
Nếu coi r1≈ 0 từ biểu thức của Mth ta có :
2
1
'
21
2
1
1
'
2110
2
1
th
)fX(X
P
4π
3U
)fxf(x2ω
3U
M




)(
.
)(
4
3
M
M
2
1
2
1
2
1
'
21
2
1th


cc Mf
U
A
fXX
P
U



Thay thế Mc = f(ω) bằng phương trình đặc tính cơ dạng gần đúng của máy sản xuất
và coi ω ≈ ω0 =     x
x
x
dmcc f
p
MM
p
f
1.
1
.
2
.
2 



Như vậy ta có λ =  x
f
U
B
A
2
1
2
1
.
Do đó để thỏa mãn điều kiện λ =const ta có:
 
 x
dm
x
dm f
f
U
U


 2
2
1
2
1
2
1
Từ đó suy ra quy luật biến đổi của điện áp:
 
 x
dm
x
dm f
f
U
U


 2
2
11
Vậy điện áp stato phải thay đổi phụ thuộc vào tải:
- Kiểu máy tiện x=-1
- Kiểu máy nâng x=0
- Ma sát nhớt x=1
- Quạt gió x=2
b) Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp nạp
Khi thay đổi điện áp nạp cũng gây nên thay đổi đặc tính cơ
Ta có:Mmax≈ C1.U1
2
Khi U1 giảm nhỏ hơn U1dm → Mth giảm còn Sth=const

12. EBOOKBKMT.COM
12
Dựa vào đặc tính tới hạn Mgh(s) ta suy ra được đặc tính điều chỉnh ứng với giá trị
U cho trước nhờ quan hệ Mu= Mgh.U*2
*Nhược điểm của phương pháp:
- Khoảng điều chỉnh chỉ đến nth
- Máy có thể ngừng quay nếu như giảm quá điện áp
-Khi U1 giảm trong khi đó Mc , Pdt vẫn không thay đổi dẫn tới I2 tăng vì vậy nó ít
được sử dụng trong thực tế.
Để thực hiện việc giảm điện áp đặt vào stato người ta có thể dùng biến áp tự ngẫu,
điện kháng hay điện trở phụ mắc vào mạch stato.
c) Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp thay đổi số đôi cực
Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Khi thay đổisố đôi cực, tốc độ từ trường quay thay đổi dẫn tới tốc độ của roto thay
đổi theo.
ω = ω0(1-S)
)1(
2 1
S
p
f


Để thay đổi số đôi cực thì động cơ phải được chế tạo đặc biệt.Những máy điện
kiểu đó gọi là máy điện đa tốc độ. Số đôi cực có thể được thay đổi bằng hai cách:
-Cách 1 : Dùng hai tổ đấu dây quấn stato riêng biệt, mỗi tổ có số đôi cực riêng
-Cách 2: Dùng một tổ dây quấn stato nhưng mỗi pha được chia làm hai đoạn,thay
đổi cách nối dây giữa 2 đoạn đó sẽ thay đổi được số đôi cực.
Thông thường những động cơ có từ 3 cấp tốc độ trở lên đều có 2 hoặc nhiều tổ dây
quấn stato.Mỗi tổ lại có thể phân đoạn để thay đổi số đôi cực theo cách hỗn hợp.
*Trên thực tế người ta giải quyết như sau:

13. EBOOKBKMT.COM
13
-Đổi nối tam giác-sao kép: ∆ → YY
-Đổi nối sao -sao kép: Y → YY
Khi đó: SthYY=S∆
SthYY=Sth Y
3
2

th
thYY
M
M
2
1

thYY
thY
M
M
2
1
.
.

cpc
cpYYc
M
M
Mc.cp=Mc.cpYY
Ưu khuyết điểm:
- Ưu điểm : phạm vi điều chỉnh rộng , không cồng kềnh
- Khuyết điểm : Độ điều chỉnh là nhảy bậc vì p là số nguyên.
e) Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ mắc vào mạch roto:
-Phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ dây quấn.
-Khi thay đổi điện trở thì tốc độ không tải lý tưởng không đổi, momen tới hạn
không đổi còn độ cứng của đặc tính cơ thay đổi .
Ưu nhược điểm:
-Ưu điểm: +có thể điều chỉnh tốc độ láng nếu R có nhiều nấc
-Nhược điểm:+ chỉ điều chỉ theo chiều tốc độ giảm.
+Tổn hao công suất lớn
+Không điều chỉnh được khi động cơ không tải.

14. EBOOKBKMT.COM
14
Chương 2: CẤU TRÚC ĐIỀU KHIỂN
2.1.Cấu trúc điều khiển động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha
2.1.1.Giới thiệu chung
Động cơ xoay chiều 3 pha được dùng trong các hệ truyền động điện xoay
chiều 3 pha nó cùng với sự phát triển và các thiết bị công suất bán dẫn đã càng
ngày càng trở nên phở biến trong các trở nên phổ biến trong các hệ thống và thay
thế dần động cơ 1 chiều
Xét trong 1 hệ truyền động điện vấn đề cần điều khiển là dòng ,moment tốc
độ
-Với nhưng hệ truyền động cũ hay những hệ truyền động của thế kỷ XIX và đầu
XX thì độngcơ 1 chiều đướcử dụng phổ biên điều này có 2 nguyên nhân
*Động cơ 1 chiều với moment tỷ lệ với từ thông và tốc độ tỷ lệ dòng
điệncho phép điều khiển đồng thời vì độc lập 2 giá trị này thế nên có chất lương
điều khiển tốt và điều khiển trơn láng

15. EBOOKBKMT.COM
15
*Moment khởi động lớn
-Tuy nhiên nhược điểm của nó là phát sinh tia lửu điệntrong quá trình hoat j
động và việc bảo dưỡng tốn kém
-Ban đầu hệ truyền động điện xoay chiều 3 pha gặp nhiều khó khăn trong việc điều
khiển tốc độ và moment động cơ 1 cach đồng thời .Tuy nhiên việc phát triển kỹ
thuật và mô tả ĐCXCBP trên các hệ αβ hay dq đã làm đơn giản hóa được mô hình
toán của động cơ
*Khi được mô tả trên hệ dq .Động xoay chiều 3 pha sẽ có pt mô tả tương đương
với động cơ 1 chiều và cũng có một mối quan hê
-Cùng với việc mô tả ĐCXCBP trên hệ dq .Sự phát triển của biến tần ,bán dẫn đã
cho phép thực hiện lý thuyết này chính vì vậy để điều khiển dòng Isq .Để điều
khiển từ thông người ta điều khiển Isd .Như vậy động cơ dị bộ tiến gần tới lợi thế
điều khiển như động cơ 1 chiều và với ưu thế hơn là bảo dưỡng đơn giản hơn và có
kích thước nhỏ hơn so với động cơ 1 chiều nên nó dần thay thế trong các hệ truyền
động điện.
Để thực hiện phương pháp điều khiển vector ,mô hình DCKDB phải được miêu tả
ở hệ tọa độ từ thông roto (hệ dq) để có đặc tính giống động cơ 1 chiều .Tuy nhiên
trong hệ thống thực ,nguồn điện cung cấp cho động cơ là nguồn hình sin ba pha.Do
đố phải thực hiện phép biến đổi giữa các hệ tọa độ

16. EBOOKBKMT.COM
16
2.1.2.Ta có cấu trúc điều khiển động cơ dị bộ rôto lồng sóc
2.1.3.Chuyển đổi giũa các hệ tọa độ
a,Chuyển đổi giữa hệ tọa độ u,v,w và hệ tọa độ αβ
Isα = Isu
Isβ =
3
1
( Isu + Isv)

17. EBOOKBKMT.COM
17
b,Chuyển đổi hệ tọa độ αβ sang hệ tọa độ u,v,w
Isu = Isα
Isv = - 2
1
Isα + 2
3
Isβ
Isw = - 2
1
Isα - 2
3
Isβ
c,Chuyển đổi giữa hệ tọa độ αβ và hệ tọa độ dq
Isd = Isαcos θs - Isβsin θs
Isq = - Isαcos θs + Isβsin θs

18. EBOOKBKMT.COM
18
d,Chuyên đổi giữa hệ tọa độ dq sang hệ tọa độ αβ
Isα = Isdcos θs - Isqsin θs
Isβ = Isdsin θs + Isqcos θs
2.2.Mô hình toán động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha

19. EBOOKBKMT.COM
19
Với sự phát triển vượt bậc của vi điều khiển ,hệ thống truyền động xoay
chiều 3 pha đang ngày càng trở nên phổ biến và thay thế cho các hệ truyền động
của động cơ 1 chiều trước đây do có khả năng điều khiển trơn về cả tốc độ và
moomen động cơ
Trong một thời gian dài động cơ một chiều ưu thế là cho phếp điều khiển
trực tiếp từ thông và momen thông qua hai dòng kích từ và dòng phần ứng. Còn
trong mô hình động cơ dị bộ xoay chiều 3 pha, không tồn tại các tương quan minh
bạch (dòng-từ thông, dòng- momen) như ở động cơ một chiều. Tuy nhiên ,bằng
vieecj mô tả động cơ dị bộ roto lồng sóc trên hệ tọa độ từ thông roto đã cho phép
môt ả dẫn tới tương quan giống như với ĐCMC , đạt được các đặc tính điều khiển
,điều chỉnh tương tự như ĐCMC.
Để xây dựng ,thiết kế bộ điều khiển cần phải có mô hình mô tả chính xác đối
tượng điều khiển .Mô hình toán học thu được cần phải thể hiện được rõ các đặc
tính thời gian của đối tượng điều chỉnh .Để phục vụ mục đích xây dựng bộ điều
khiển ta có thể đưa ra một số giả thiết sau:
-Các cuộn dây stator được bố trí đối xứng về mặt không gian
-Các tổn hao sắt từ và sự bão hào từ có thể bỏ qua
-Dòng từ hóa và từ trương được phân bố hình sin trên bề mặt khe khí
-Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không đổi
Hệ phương trình cơ bản của ĐCXCBP được mô tả như sau;
+Phương trình điện áp stator:

20. EBOOKBKMT.COM
20
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
d su t
Usu t RsIsu t
dt
d sv t
Usv t RsIsv t
dt
d sw t
Usw t RsIsw t
dt




 


 


 

Trong đố:
Rs:điện trở cuộn dây stator
ψsu, ψsv, ψsw : Từ thông cuộn dây pha u, v, w.
Khi đó điện áp stator được biểu diễn dưới dạng sau:
d s
Us RsIs
dt

 
+Tương tự ta có vector điện áp viết cho rotor của động cơ với chú ý là rotor lồng là
ngắn mạch:
0 .
d r
Rr ir
dt

 
Trong đó:
Rr: Điện trở quy rotor quy đổi về stator.
0: Veto 0
Phương trình từ thông viết cho stator và rotor như sau:
s IsLs IrLm
r IsLm IrLr


 

 
Do các cuon dây rotor và stator có cấu tạo đối xứng nên tất cả các giá trị điện cảm
là nhue nhau trên mọi hệ tọa độ quan sát.Để hoàn thiện hệ thống mô tả ĐCXCBP
ta bổ xung them 2 phương trình sau:

21. EBOOKBKMT.COM
21
+Phương trình moment:
3 3
( . ) ( . )
2 2
Mm pc s is pc r ir  
+Phương trình chuyển động:
M T
C
J dw
m m
p dt
 
Với:
Lm: Hỗ cảm giữa rotor và stator.
Lσs: Điện cảm tiêu tán trên cuộn dây stator.
Lσr: Điện cảm tiêu tán trên cuộn dây rotor.
Ls Lm L s  : Điện cảm stator.
/s s sT L R
: Điện cảm rotor.
/s s sT L R : Hằng số thời gian stator.
/r r rT L R : Hằng số thời gian rotor.
2
1 ( )Lm LsLr   : Hệ số tiêu tán tổng.
*Các hệ tọa độ quan sát động cơ
Việc quan sát mô hình toán của động cơ dị bộ xoay chiều bap ha được thực
hiện trên các hệ tọa độ khác nhau bao gồm: hệ tọa độ stator (hệ tọa độ αβ), hệ tọa
độ từ thông rotor( hệ tọa độ dq) Như đă nói ở trên hệ tọa độ dq là hết sức quan
trọng đối với việc tổng hợp bộ điều khiển cho động cơ dị bộ điều khiển bởi biến
tần

22. EBOOKBKMT.COM
22
Ta quy ước một số ký hiêu:
f:đại lượng quan sát trên hẹ tọa độ từ thông rotor (hệ dq)
Ss: đại lượng quan sát trên hệ tọa độ staor (hệ αβ)
r:đại lượng quan sát trên hệ tọa độ rotor
*Mô hình toán ĐCXCBP trên hệ staor(hệ αβ)
Hệ tọa độ này có tên gọi là hệ (αβ) được gắn với stato trong đó trục α chọn
trùng với trục dây quấn pha u của stato . Từ các phương trình cơ vector của động
cơ dị bộ,chiếu lên hệ tọa độ αβ ta được hệ phương trình :
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1
1 1
disa
Is r r Us
dt Ts Tr Tr Ls
dis
Is r r Us
dt Ts Tr Tr Ls
d r
Is r r
dt Tr Tr
d r
Is r r
dt Tr Tr
  
     
    
   
     
    
 
    
 
    
    
       
 
               
    

    
 (1)
Trong đó:
r
Lm
r
Lm
 
 
 
 
 
 
Ngoài hệ phương trình (1) đã mô tả phần hệ thống điện của động cơ một
chiều .Ta có phương trình moment sau khí sau khi biến đổi lại:
2
3
.
2
M C
Lm
m p rd Isq
Lr
 
(2)
Hệ phương trình (1) và (2) là mô hình động cơ điện dị bộ xoay chiều ba pha
trên hệ tọa đọ stator, từ đó ta có thể dễ dàng xây dựng mô hình:

23. EBOOKBKMT.COM
23
Hinh1:Mô phỏng đáp ứng tốc độ động cơ trên hệ tọa đôαβ

24. EBOOKBKMT.COM
24
Kết quả mô phỏng đối với I_sα:
Kết quả mô phỏng đối với I_sβ:
-Mô hình toán ĐCXCBP trên hẹ dq

25. EBOOKBKMT.COM
25
Trên hình biểu diễn một hệ trục thực trùng với trục của từ thông rotor (hệ
dq), hệ tọa độ này có gốc trùng với gốc trùng với gốc của hệ αβ nhưng nó quay
nhanh hơn hệ αβ với tốc độ
Từ các phương trình vector của ĐCXCBP ta xây dựng được phương trình toán mô
tả trên hệ tọa độ dq như sau:
1 1 1 1 1
1 1 1 1 1
1 1
( )
1 1
( )
disd
Isd sIsq rd rq Usd
dt Ts Tr Tr Ls
disq
sIsd Isq rq rd Usq
dt Ts Tr Tr Ls
d rd
Isd rd s rq
dt Tr Tr
d rq
Isq rq s rd
dt Tr Tr
  
  
    
  
  
    

   

   
    
        
 
                

    

    






Trong đó:
r
Lm
r
Lm
 
 
 
 
 
 
Ngoài ra ta còn có phương trình moment như sau:
2
3
.
2
M C
Lm
m p rd Isq
Lr
 
Từ đây ta dễ dàng xây dựng cấu trúc mô hình ĐCDXCBP trên hệ tọa độ dq:

26. EBOOKBKMT.COM
26
Kết quả mô phỏng đối với I_sd:
Kết quả mô phỏng đối với I_sq:

27. EBOOKBKMT.COM
27
Kết quả mô phỏng đối với đáp ứng tốc độ động cơ trên hệ dq:
*Kết luận:
Như vậy, việc mô tả động cơ dị bộ roto lồng sóc trên các hệ trục αβ và dq
giúp cho chúng ta có cái nhìn tổng quát về mô hình động cơ quan sát trên các hệ
trục khác nhau .Đây cũng là cơ sở cho việc xay dựng các bộ điều khiển cũng như
dòn ,bộ điều khiển tốc độ .

28. EBOOKBKMT.COM
28
Mô hình động cơ mô tả trên hệ trên hệ tọa đọ tương ứng, và kết quả cho trên hai hệ
tọa độ là như nhau.Đảm bảo tính chính xác cuarmoo hình toán và việc chuyển đổi
giũa các trục quan sát với mô hình động cơ
2.3.Tổng hợp các bộ điều khiển
Hệ phương trình (c) mô tả động cơ hết sức phức tạp và có độ phi tuyến cao
dẫn đến khó tổng hợp các bộ điều khiển cho động cơ theo phương pháp thông
thường. Do đó trước hết ta phải tiến hành tuyến tính hóa hệ thống quanh điểm làm
việc. Đây là một phương pháp đơn giản, dễ thực hiện và đạt hiệu quả trong việc
tổng hợp tham số hệ thống. Trước hết, ta chuyển về miền Laplace và thay ψrd = 0
và d(ψ’
rd)/dt = 0 vào hệ phương trình (c) ta dược:
1 1 1
( ) ( ) ( )
1 1 1
( ) ( ) ( )
1 1
( ) ( )
1
( ) ( ) ( )
T s
Isd s sIsq s rd Usd s
T Ls
T s
Isq s sIsq s rd r Usq s
T Ls
Trs
rd s Isd s
Tr Tr
Isq s s rd s
Tr
 
 
  
 
  
  

  
       
 
   
     

     

  
Với
1
1 1
T
Ts Tr


 



2.3.1. Tổng hợp bộ điều khiển Risq
Isq là thành phần liên quan đến momen của động cơ. Để đơn giản trong việc
tổng hợp bộ điều chỉnh dòng isq ta coi thành phần dòng isd là không đổi.

29. EBOOKBKMT.COM
29
( ) (1 ). ( )
( )
. ( )
Isd s sTr rd s
Isq s
s r
Tr rd s

 

 
 
 (2.20)
Thay (2.20) vào phương trình (2.18) ta thu được thành phần dòng Isq như sau:
1 . 1 . 1 1
. ( ) . ( ) 1 . ( )
T s Tr s
Isq s r rd s Tr s Usq s
T Tr Ls
 
 
  
     
       
    (2.21)
Loại bỏ tín hiệu phản hồi tốc độ, như vậy ta có hàm truyền giữa dòng Isq và áp
Usq như sau:
. 1 1
.
2 . . 1 1.
Isq Tr T K
Usq Tr T Tr T s Ls T s

  
 
   (2.22)
Với:
.
1
. .( )
2
1
Tr T
K
Ls Tr T
TrT
T
Tr T

 






Như vậy hàm truyền giữa Usq và Isq có dạng:
Gisq =
1
1 1.
K
T s
(2.23)
Ta có sơ đồ cấu trúc mạch vòng dòng điện như sau:
Bộ biến đổi ở đây là một bộ nghịch lưu có thể coi là hàm truyền là một khâu
quán tính như sau:

30. EBOOKBKMT.COM
30
GBBĐ =
1 .
Knl
Tnl s
(2.24)
Sử dụng tiêu chẩn modul tối ưu để tổng hợp bộ điều khiển. Khi đó hàm truyền
kín theo của hệ thống sẽ có dạng:
FMC = 2 2
1
1 2 . 2s s  
(2.25)
Khi đó, hàm truyền bộ điều khiển sẽ được tính theo công thức:
Risq =
1
. .(1 . ).2. .GBBD Gisq s s 
Risq =
1
1
.(1 . ).2. .
1 . 1 1.
Knl K
s s
Tnl s T s
 
 
Chọn  = Tnl ta thu được bộ điều khiển dòng Isq như sau:
Risq =
1 1.
2. . . 1.
T s
Tnl Knl K s

=
1 1
. 1
2. . . 1 1.
T
Tnl Knl K T s
 
 
 
(2.26)
Mô phỏng:
Kết quả mô phỏng

31. EBOOKBKMT.COM
31
2.3.2. Tổng hợp bộ điều khiển Risd
Từ hệ phương trình (2.18) ta có phương trình viết cho dòng Isd như sau:
(1 . ). . .(1 . ) .(1 )
. . .(1 . )
T s T Tr s T
T Tr Tr s
    
 
    
 
  1
( ) . ( )
.
Isd s Usd s
Ls

Như vậy ta có:
)(
)(
sUsd
sIsd
=
1
.Ls
.
. . .(1 . )
(1 . ). . .(1 . ) .(1 )
T Tr Tr s
T s T Tr s T
 
    

    (2.27)
Trong đó:
2
1
1
1 1
.
1 1
.
T
Ls T
Lm
Ls Lr


  

 


  
Nên ta coi gần đúng Tσ.(1 – σ)  0, khi đó ta thu được hàm truyền cho dòng Isd
có dạng:

32. EBOOKBKMT.COM
32
Gisd =
1
.Ls 1 .
T
T s

 =
2
1 .
K
T s (2.28)
Với K2 = .
T
Ls


Vậy cấu trúc điều khiển cho dòng Isd được xây dựng như sau:
Cũng như tổng hợp với bộ điều khiển dòng Isq, ta dùng tiêu chuẩn modul tối ưu
với hàm truyền kín có dạng:
FMC =
2 2
1
1 2. . 2. .s s  
Khi đó, hàm truyên bộ điều khiển sẽ được tính theo công thức:
Risd =
1
. .(1 . ).2. .GBBD Gisd s s 
Risd =
1
2
. (1 . ).2. .
1 . 1
Knl K
s s
Tnl s T
 


 
Chọn  = Tnl ta thu được bộ điều khiển dòng Isq như sau:
Risq =
1 1.
2. . . 1.
T s
Tnl Knl K s

= 2. . . 2
T
Tnl Knl K

(1 +
1
.T s ) (C2.29)
Mô phỏng trên simulink:

33. EBOOKBKMT.COM
33
Kết quả mô phỏng:
2.3.3 Tổng hợp bộ điều chỉnh tốc độ
Như ta đã phân tích ở trên và đựa theo sơ đồ cấu trúc điều khiển động cơ dị
bộ như (hình 2.4) ta thấy rằng tín hiệu đầu ra của bộ điều khiển tốc độ chính là tín
hiệu vào của bộ điều khiển dòng Isq. Kết hợp với phương trình chuyển động (2.6)
và phương trình momen (2.12) viết trên hệ dq ta có được cấu trúc mạch vòng điều
khiển tốc độ động cơ dị bộ như sau:

34. EBOOKBKMT.COM
34
Hàm truyền kín của mạch vòng dòng điện Isq có dạng:
Fisq = 2 2
1
1 2. . 2. .Tnl s Tnl s 
(2.30)
Để đơn giản, ta bỏ qua thành phần bậc cao, khi đó hàm truyền sẽ có dạng:
Fisq =
1
1 2. .Tnl s
(2.31)
Từ cấu trúc ta có hàm truyền đối tượng của mạch vòng điều khiển tốc độ như
sau:
Sω =
1
1 2. .Tnl s 2
3 2
Lm
Lr pc
1
.J s (2.32)
Để mạch điều khiển tốc độ có vô sai cấp 2, ta sử dụng tiêu chuẩn modul tối ưu
đối xứng, có hàm truyền kín như sau:
FDX = 2 2 3 3
1 4. .
1 4. . 8.( . ) 8*( . )
s
s s s

  

  
(2.33)
Khi đó hàm truyền bộ điều khiển được tính như sau:
Rω =
2 2
1 4. .
*(1 . ).8.( . )
s
S s s

  


Rω =
2
2 2
1 4. .
1 3 1
. .(1 . ).8 .
1 2 . 2 .
s
Lm
pc s s
Tnl s Lr J s

 

 


35. EBOOKBKMT.COM
35
Chọn τ = 2Tnl và rút gọn ta được hàm truyền bộ điều khiển tốc độ như sau:
Rω =
Rω =
1
1
1 8 .Tnl s
 
 
 
Rω = Kω.(1 +
1
.T s
) (2.34)
Với: Tω = 8.Tnl , Kω = 2
1
.
1
.6 .
Lm
Pc Tnl
Lr J
Khi tổng hợp theo tiêu chuẩn modul tối ưu đối xứng thì có khả năng gây nên
độ quá điều chỉnh không mong muốn. Vì vậy, ta sẽ thêm vào một bộ lọc trước
mạch vòng điều khiển tốc độ, tùy theo độ quá điều chỉnh và thời gian tác động
nhanh mà sẽ chọn giá trị cho hằng số thời gian của bộ lọc.
Floc =
1
1 .T s
Và cấu trúc mạch vòng kín bộ điều khiển tốc độ sẽ có dạng như sau:
Mô phỏng bộ điều khiển tốc độ trên simulink:

36. EBOOKBKMT.COM
36
Kết quả mô phỏng:
Kết luân:
Ta thấy các bộ điều khiển đều bám theo tin hiệu đặt.Bộ điều khiển đạt yêu cầu

37. EBOOKBKMT.COM
37
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG TRÊN SIMULINK
3.1.Mô phỏng trên Simulink
Mô phỏng ĐCXCBP khi đã có bộ điều khiển Risq,Risd và bộ điều khiển tốc
độ Rw
Với các thông số:
Pc=2:số cặp cực
F=50Hz
Nđm=1430 vòng/phút
Rs=0.877 :điện trở stato
Rr=1.47: điện trở rotor
Lm=0.1608H
J=0.02Kg.m2
Mdm=(60/2/pi)*Pđm/n
Ls=0.165142H

38. EBOOKBKMT.COM
38
Lr=0.165142H
Tr=Lr/Rr
Ts=Ls/Rs
o=1-Lm2/(Lr*Ls)
Tham số bộ biến đổi
Knl=20
Tnl=0.001%s
Ta có mô hình hệ thống:

39. EBOOKBKMT.COM
39
*Đáp ưng tốc độ của động cơ:
*Moment của động cơ:

40. EBOOKBKMT.COM
40
Mạch vòng tốc độ
Kết quả mô phỏng:

41. EBOOKBKMT.COM
41
Kết luân:
Khi có bộ điều khiển lam cho tốc độ động cơ đạt được độ chính xác cao ,kết quả
mô phỏng bám giá trị đặt.