ĐỒ ÁN MÔN HOC
TỔNG HỢP HỆ ĐIỆN CƠ
1
Lời nói đầu
Trong những năm gần đây có sự ra đời và ngày càng hoàn thiện của các
bộ biến đổi điện tử công suất, với kích thước gon nhẹ, độ tác động nhanh
cao, dễ dàng ghép nối với các thiết bị vi sử lý các hệ thuyền động ngày
nay thường sử dụng nguyên tắc sử dụng véc tơ cho các động cơ xoay chiều.
Phần lớn các điều khiển này thương dùng kĩ thuật số với chương trình phần
mền linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc luật điều khiển. Vì
vậy tăng độ chính xác và tác động nhanh cho hệ truyền động.
2 . Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng phương pháp tần số:
Phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi tần nguồn áp,
cho phép mở rộng phạm vi sử dụng động cơ KĐB trong nhiều ngành công
nghiệp. Nó cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học
của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều nói chung và động cơ
KĐB nói riêng. Trước hết chúng ta ứng dụng cho các thiết bị cần thay đổi tốc
độ nhiều động cơ cùng một lúc như các truyền động của nhóm máy dệt, băng
tải, bánh lăn phương pháp này còn được ứng dụng cho cả các thiết bị đơn lẻ
nhất là những cơ cấu có yêu cầu tốc tốc độ cao như máy ly tâm , máy mài .
Đặc biệt là hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách biến đổi nguồn
cung cấp sử dụng cho động cơ KĐB rôto lồng sóc sẽ có kết cấu đơn giản
vững chắc giá thành hạ có thể làm việc trong nhiều môi trường
Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch điều khiển rất phức tạp
Đối với hệ thống này động cơ không nhận điện từ lưới chung mà từ một bộ
biến tần. Bộ biến tần này có khả năng biến đổi tần số và điện áp ra một cách
độc lập với nhau . Trong phần này đề cập đến hai nội dung : Nguyên lý điều
chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số và các loại biến tần
dùng trong hệ truyền động biến tần - động cơ KĐB
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:
Nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB bằng cách biến đổi tần số fi của

Việc điều chỉnh này chỉ theo hàm của tần số có đặc máy sản xuất có thể được
thực hiện trong hệ kín . Khi đó nhờ các mạch hồi tiếp điện áp ứng với một tần
cho trước nào đó sẽ biến đổi theo phụ tải
Yêu cầu chính đối với đặc tính của truyền động điều chỉnh tần số đảm bảo độ
cứng đặc tính cơ và khả năng quá tải trong toàn bộ dải điều chỉnh tần số và
phụ tải ngoài ra còn có thể có vài yêu cầu về điều chỉnh tối ưu trong chế độ
tĩnh
b. Các loại biến tần :
gồm hai loại: Biến tần trực tiếp
Biến tần gián tiếp
I.Biến tần trực tiếp:
Điện áp vào BT có điện áp U
1
và tần số f
1
chỉ qua một mạch van là ra ngay tải
với tần số f
2
,U
2
.
Đặc điểm:
Hiệu suất biến đổi năng lượng cao do chỉ có một lần biến đổi điện năng .Thực
hiện hãm tái sinh năng lượng mà không cần mạch điện phụ.
Hệ số công suất thấp,tần số đIều chỉnh bị giới hạn trên bởi tần số nguồn cung
cấp.Thường dùng cho hệ truyền động công suất lớn,tốc độ làm việc thấp.
II.Biến tần gián tiếp:
α Biến tần nguồn áp:
Đặc điểm là điện áp ra trên tải được định hình sẵn còn dạng dòng điện tải lại
ít phụ thuộc vào tính chất tải .Việc điều chỉnh tần số điện áp ra trên tải được

MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
P
đm
= 37 kW
dm
th
M
M
= 3,6
dm
kd
M
M
=3,3
U
đm
=380 V;n
đm
= 720v/p
I
stdm
= 104 A ; R
s
=0,08 ;X
s
=0,17 ;R
r
=0,19 ;X
r
=0,16

==⇒=
==⇒=
π
ϕ
ϕ
π
π
π
* Dòng chảy qua các van T
1

→
T
6
và D
1
→
D
6
chính bằng dòng chảy qua các
pha của stato động cơ I = 91A.
* Điện áp ngược mở van phải chịu = U
d
= 370 V
* Chọn hệ số dự trữ về dòng và áp k = 2




=×=

Ω
Ω
Ω
Ω
⇒
Chọn Tiristor loại TL - 250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
TL.250 250 300-1000 0,82 70-250 0,4 8 20-200
* Tụ chuyển mạch C1 - C6 được tính theo công thức
2
mn
m
maxm
1m
max
L
If
U
202,0L

-3
H
- U
m
: biên độ cực đại điện áp dây = 380V
2
33
max
10.6,14
50.5,63
380
202,010.6,14
100.380
50.5,63
91,0666,0C






−+=⇒
−−
=212
µ
F
Chọn C = 200
µ
F
* Quận kháng L

* Theo tính toán phần trên ta có:
I
d
= 116,7 (A); U
d
= 370 (V)
* Khi lấy điện áp cung cấp từ trước ~380V
⇒
có thể không cần sử
dụng MBA.
Ta có:
41,0
63
coscos
63
2
2
=
×
=⇒=
U
U
U
U
d
d
π
αα
π
⇒

5
⇒
Chọn Tiristor Loại T-250 có các thông số sau:
Loại I(A) U
im
(V)
∆U(V) T
off
(µs)
I
g
(V) U
g
(V)
du/dt(V/µs)
T.250 250 100-2200 1 150-250 0,3 5 20-500
3. Tính toán các tham số cần thiết cho tổng hợp.

sq
I

r
s
r
R
ω
ω
U
N
=220V P

7,113
=
×
==
ω
srad
n
f
NrN
/9,87
60
3
2 =






−=
πω
4. Tính điện kháng phức tiêu tán toàn phần X
σ
ở chế độ danh định.
N
N
sqN
sdN
I3
U

91.3
220
2,109
1,68
72,062,0
5.Tính điện kháng phức X
h
.
Ω=−=−= 296,2342,0
1,68.3
220.2
3
2
σ
X
I
U
X
sdN
N
h
)(022,0
3/314
7,2
. H
X
LLX
s
h
mmsh

L
X
X
s
s
s
sqNN
nsdNrN
rs
N
n
s
n
09125,0
08,0
0073,0
)(08,0
2,109314
296,21,689,87
2
)(0073,0
2
149,0
296,2
342,0
===
Ω=
×
××
==≈

7
ω=
ω
ω
.
K
U
( )
( )
Pj
K
P
P
P
fF
U
F
ωτ
ω
ω
ω
+
==
1
1326,0
4,75
10
/4,75
60
.2

=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1kΩ => R2=133kΩ
8
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
1
2
133
075.0
10
R
R
Uv
Ur
K ====
CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
I
s
/I
s®m
w

rotor không đổi:
const
r
=Ψ
. Ở phần mô tả động cơ không đồng bộ, hoặc dựa
vào sơ đồ thay thế ta có thể tính được từ thông rotor và phương trình cân bằng
mạch rotor ở dạng các thành phần vector trên các trục toạ độ ox và oy:







Ψω+Ψ+=
Ψω+Ψ+=
+=Ψ
+=Ψ
δ
δ
rxsryryr
rysrxrxr
ryrsymry
rxrsxmrx
pi.R0
pi.R0
i.LiL
i.LiL
Nếu giữ được biên độ vector từ thông
const

0
trong đó:
r
r
r
R
L
T
δ
δ
=
Tách các số hạng dòng điện sang một vế, sau đó bình phương 2 vế của
từng phương trình và cộng hai phương trình với nhau, đồng thời để ý rằng:





Ψ=Ψ+Ψ
=+
2
p
2
ry
2
rx
2
1
2
sy

điện stato I
1
và tần số trượt f
2
sao cho từ thông của máy điện được giữ không
đổi.
• Sơ đồ cấu trúc hệ điều khiển tần số động cơ KĐB qua quan hệ I
1
(f
2
).
10
- Sơ đồ cấu trúc điều khiển gồm hai kênh điều khiển:
* Kênh điều khiển biên độ bao gồm hai mạch vòng điều chỉnh: mạch vòng
điều chỉnh tốc độ và mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín hiệu đầu ra của bộ
điều khiển tốc độ R
ω
là tín hiệu đặt của mạch vòng điều chỉnh dòng điện. Tín
hiệu ra của bộ điều chỉnh dòng điện là tín hiệu điều khiển biên độ a dòng I
d
.
* Kênh điều khiển tần số thực hiện quan hệ:
m21
fff +±=
Trongđó f
m
: tần số quay ω
r
f
2

L
1
R
L.
−=σ
ω
=ϕ
- Để đơn giản trong việc tổng hợp các bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và tốc độ
R
ω
ta giả thiết rằng:
Kênh điều chỉnh tần số do phần cứng đảm nhiệm sẽ được đề cập đến ở
chương 5. Vì vậy ta sẽ tiến hành tổng hợp bộ điều chỉnh dòng điện R
i
và bộ
điều chỉnh tốc độ R
ω
theo kênh 1.
Căn cứ vào biểu thức tính toán mômen và dòng điện ta có thể thành lập
được sơ đồ cấu trúc của hệ thống:
)(FT1
L
I
si
2
s
2
r

- Để tiện cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R
1
, người
ta dùng sơ đồ đơn giản sau:
12
I
rđ
U
d
U
đk
CL+ĐK
R
i
L
d
R
d
2L
1t
2R
1
2L
2t
2R
2
/ S0
I
d
I

+
U
d
: điện áp đầu ra CL
U
dk
: điện ạp điều khiển chính lưu
K
CL
, T
CL
: hệ số điều khiển và hằng số t
- Việc tổng hợp chính xác mạch vòng dòng điện rất phức tạp vì thành phần
điện trở của mạch vòng dòng điện phụ thuộc vào S => Một cách gần đúng ta
bỏ qua các thành phần điện trở và điện kháng tán.
Ta được:
t1d
d
L2LL
R2RR
+=
+=
∑
∑
Ta có:
d
d
r
U.
pT1

iđ

+
∑
∑
+
pT1
R/1
-
U
iđo
U
id
i
R
CL
CL
pT1
K
+
K
đo
2
r
2
s
2
ss
2
2

2
m
I)(F.K
T1
I
R
L
2
3
M ω=
ω+
ω
=
- Khâu phi tuyến I
d
(f
2
) hay I
d
(w
s
) có thể được tuyến tính hoá thành khâu
khuếch đại đơn giản
sdm
sdm
F
I
K
ω
=

M
A
)T1(
T1
I
R
Lm
2
3M
2
r
2
sdm
sdmsdm
r
2
s
22
r
2
sdm
2
r
2
sdm
2
sdm
r
2
s

ω
S
U
ωđ
R
i
R
ω
( )
( )
∑
∑
++
pT1pT1
R/K
CL
CL
π
32
F
M
X
X
r
2
m
R
L
2
3

2. Máy phát tốc.
ppT
K
pF
tt
01,01
1326,0
1
)(
+
=
+
=
ω
ω
3. Khâu khuếch đại tuyến tính F
i
sdm
sdm
F
I
K
i
ω
=
I
sdm
: dòng điện định mức I
dđm
= 117 A (khi I

CL
ICL
π
32
B
F
i
A
ω+
ω
pT1
K
Jp
1
_
+
r2
r1
75mV
10v
r
sun
i
d
s/rad4,75
55,9
720
55,9
n
s/rad7,104

=

)(005,0
5,37
sT
K
CL
CL
=
=
dr
U
pT1
R/1
I
Σ
Σ
+
=
trong đó
δΣ
Σ
+=
+=
1d
1d
L2LL
R2RR
1
1

= =
= = ×
+ + + +
5. Tính các hệ số A, B.
- Chọn điểm tuyến tính hoá là điểm định mức, ta có:

( )
( )
( ) ( )
79,15
01822,0.1,291
1,29.91.2
19,0
022,0
2
3
1
.2
2
3
*
86,13
01822,0.1,291
01822,0.1,291
91
19,0
022,0
2
3
1

rsdm
sdmsdm
r
m
rsdm
rsdm
sdm
r
m
T
I
R
L
B
A
T
T
J
R
L
A
ω
ω
ω
ω
6. Tính T quy đổi hệ thống.
2
qd
kgm8,1T =
V. Tổng hợp mạch vòng dòng điện.

KK
=> Hàm truyền của đối tượng điều chỉnh:
( )
( )
( )( )
18175,0.1005,0.1
44,0
11 pppTpT
K
W
CL
i
ir
++
=
++
=
∑
* áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu với hàm truyền:
22
2s
Ki
pT2pT21
1
)p(W
++
=
=> Hàm truyền đạt bộ điều chỉnh dòng điện R
i
là khâu tỉ lệ tích phân (PI):

=
∑
∑∑
Vậy hàm truyền
005,0),min(
18175,0
18175,01
8702,0)(
==








+
=
∑
TTT
p
p
pR
CLs
i
=> Hàm truyền của mạch vòng dòng điện:
22
05,0.2005,0.21
1

Ki
pT1
K
W
+
=
trong đó
p
K
TT
K
K
Ki
CLi
do
i
01,01
7,11
01,0005,02.2
7,11
08569,0
11
+
=⇒
=×==
===
• Ta có mạch vòng tốc độ sau khi đã tổng hợp mạch vòng dòng điện.
- Khi bỏ qua M
C
ta có sơ đồ tương đương sau:

pT1
K
+
ω
Jp
1
M
C
ω
R
ω
π
32
KF
A
B
* Hàm truyền của đối tượng cần điều khiển:
( )
( )( )
JppTpT
KpATAKCK
S
pT
K
Jp
AKC
pT
S
i
iirF

+
=
* Áp dụng tiêu chuẩn môdun tối ưu đối xứng với hàm truyền:
( )
( )( )
( )
22
3322
3322
3322
81
1
.
11
41
)(
8841
41
1
8841
41
)(
8841
41
)(
pp
JppTpT
KpATAKCK
p
pR

τ
τττ
τ
τττ
τ
+
++
++
+
=








+++
+
−
+++
+
=
+++
+
==
Ta thấy
00001,0001,0005,02. =××=
ω

++
+
=
với
011,0=+=
ωω
TTT
is
là hằng số thời gian bé.
Chọn
011,0=≥
ωσ
s
TT
( ) ( )
( )
( )








+
+
⇔



AT
pABTK
J
ABTK
pJT
AKCK
AT
R
TR
irFs
irFs
irF
i
ss
s
irF
i
ω
ω
ωω
ωω
ωωωω
ω
1
1
1
)8
2
1
1

Ta thấy thời gian trễ nhỏ có thể bỏ qua.
19
( )
( )






+=⇒
=
+
=
=
+
=
P
PR
pAKCKTK
J
T
AKCKTK
J
K
irFs
irFs
R
04619,0
1

Transfer Fcn5
0.1326
0.001s+1
Transfer Fcn4
1
1.8s
Transfer Fcn3
37.5
0.005s+1
Transfer Fcn2
0.18175*0.8702s+0.8702
0.18175s
Transfer Fcn1
0.044s+1
0.04619s
Transfer Fcn
Step
Scope2
Scope
K
Matrix
Gain3
K
Matrix
Gain2
K
Matrix
Gain1
K
Matrix

- Thời gian đếm 16 xung:
)rad(
f
1
16t
x
×==α
- Ta thấy trong khoảng
π÷=α
0
nếu tần số f
x
càng lớn và số bit bộ đếm càng lớn
thì độ chính xác càng cao nhưng tuy nhiên nó bị hạn chế bởi mặt công nghệ và
giá trị kinh tế. Vì vậy ở đây chọn bộ đếm môdun 16.
- Khi tần số tăng thì thời gian đếm hết 16 giảm do đó α bé và ngược lại. Khi góc
α biến thiên từ 0-180 với tần số ??? f=50Hz => thời gian t tương ứng từ 0->0,01s
Hz6,1
t
16
f
min
==
chọn f
min
=2Hz.
- Khi tần số f càng cao thì α càng nhỏ => chọn
lHz64f
max
=

7 8 9
12
13
11
10
4
5 6 14
2
1
3
+15
+15
R
R
C
D1 R
R
G
K
555
8
4
7
6
2
3
5
C
+15
S

a
a+
a- a+ a-
t
t