Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
LỜI NÓI ĐẦU
WX#"WX

Trong những năm gần đây lónh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển
mạnh mẽ.
Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai
thác tất cả các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ với động cơ một
chiều
Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lónh vực điều khiển động cơ
không đồng bộ roto lồng sóc.
“Thiết kế bộ biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ”
Nội dung và các chương trình mục như sau:

Chương 1: sơ lược về động cơ không đồng bộ .

Chương 2: tổng quan về các hệ thống biến tần, nguyên lý làm việc của các bộ biến
tần.

Chương 3: mạch động lực, đi sâu vào nguyên lý làm việc của các thiết bò cũng như
các phương pháp tính toán chọn mạch và bảo vệ mạch, hệ thống điều khiển ứng dụng
kỹ thuật xung số vào mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của mạch.

Chương 4: hệ thống điều khiển: ứng dụng kó thuật xung số vào mạch điều khiển để
điều khiển hoạt động của mạch
Tuy nhiên với trình độ có hạn không tránh khỏi những sai sót, em mong các
thầy cô thông cảm và đóng góp ý kiến để giúp em tiến bộ hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện –bộ môn tự động đo lường
đã chỉ bảo trong thời gian làm đề tài.


I-2.c Dây quấn roto:
Gồm hai loại: loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc.
* Loại roto kiểu dây quấn : dây quấn roto giống dây quấn ở stato và có số cực bằng
số cực stato. Dây quấn ba pha của roto thường đấu hình sao (y). Ba đầu kia nối vào ba
vòng trượt bằng đồng đặt cố đònh ở đầu trục. Thông qua chổi than và vòng trượt, đưa
điện trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.
*Loại roto kiểu lồng sóc: loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rảnh của
lỏi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại ở hai đầu
bằng hai vòng ngắn mạch đồng hoặc nhôm, làm thành một cái lồng, người ta gọi đó là
lồng sóc.
I-3 Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ (0,2 mm ÷ 1mm). Do đó roto là một
khối tròn nên roto rất đều.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 2
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC

II- ĐẶC ĐIỂM CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.
- Cấu tạo đơn giản.
- Đấu trực tiếp vào lưới điện xoay chiều ba pha.
- Tốc độ quay của roto nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n < n
1
.
Trong đó:
n tốc độ quay của roto.
n
1
tốc độ quay từ trường quay của stato (tốc độ đồng bộ của động cơ )
Trang 3
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
B- NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra
một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng trên dây
quấn roto một sức điện động e
2
sẽ sinh ra dòng điện i
2
chạy trong dây quấn. Chiều của sức
điện động và chiều dòng điện được xác đònh theo qui tắc bàn tay phải. M

Hình.1-1 sơ đồ nguyên lý động cơ không đồng bộ.

Chiều dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía trên roto hướng từ trong ra ngoài,
còn dòng điện của các thanh dẫn ở nữa phía dưới roto hướng từ ngoài vào trong.
Dòng điện i
2
tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫn
roto và mômen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay của từ trường.
Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n

1
60
1 =
(1-2)
Khi tần số của mạng điện thay đổi thì n
1
thay đổi làm cho n thay đổi.
Khi mở máy thì n = 0 và s = 1 gọi là độ trượt mở máy.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 4
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Dòng điện trong dây quấn và tư ø trường quay tác dụng lực tương hổ lên nhau nên
khi roto chòu tác dụng của mômen m thì từ trường quay cũng chòu tác dụng của mômen m
theo chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n
1
thì nó phải nhận một công
suất đưa vào gọi là công suất điện từ.

60
2
ω
1n
π
MMP 1đt ==
(1-3)
Khi đó công suất điện đưa vào:

(1-4)
ϕ
cos 31 IUP =


Hiệu suất của động cơ:
60
2
.'
2
n
MMP
π
(1-7)
ω
==
2Δ dP= đt2 PP
mP
−
(1-8)
(1-9)
2222 rId =Δ
(1-10)
fcơ pPPP
Δ
−
Δ
=
= 22 '
)9,08,0(
1
2
÷==
P

oo
n1
oo
nn
S 100
1
−
=

X
)1(1 snn −=
60
1
1
p
f
n =Trong đó
: á xác đònh ở tốc độ biến đổi của từ thông quay qua cuộn dây, vì roto
đứng yên nên:
F
20
bằng với tần số dòng điện đưa vào f
1


1pn
20
f =
60
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 6
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC

.c Khi roto quay:
1
Tần số trong dây quấn roto là:

Vậy f
2s
= s.f
1
Với f
2s
= s.f
1
thế vào (1-19), ta được:
2. P

Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là:

hương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha.
2.a Phương trình đặc tính tốc độ.
có biểu điện roto đã qui đổi
về stato.


X
60
1
2
f
s
−
==
−
mKWfE ss
(1-18)
(1-19)
Φ
= 2222 44,4
SK m
(
(1-21)
1-20)
WfE s
Φ
= 12 44,4 22
2
21
2
2
1 )'()( xx
S
r +++
1
2

2
2
21
'
'3
r
rU
M
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 7
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
S
S
S
S
M
M
th
th
+
=
2
th
a có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn m
t
gọi là hệ số trượt tới hạn. a

2
21
2
2
2
)'(
'
xxr
r
S
th
++
=
(1-36)
)(2
3
22
11
1
1
n
th
xrr
pU
M
++
=
ω

S
th
n
1
n
đm
+s

đm
nxr
r
22
1
2
'
+
=
ε
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 8
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Nhận xét: từ các biểu thức (1-36) và (1-37), ta thấy đối với động cơ xác lập nếu u
1

ay đổi thì s
t
2
điện trở mạch roto bằng
ách thêm điện trở phụ (đối với động cơ không đồng bộ roto quấn dây) thì:
M

2
'r

22
' n
tF
xr
S
+
−=
(1-

43))(2
`3
22
11
1
1
n
tF
xrr
Up
M
++
−=
ω
(1-44)

s
th
và m
th
đều g
3.c nh hưởng của số đôi cực p
Ta có :
p
f
1
1
2
π
ω
=
(1-47)
suy ra
)1( s
:
1
−
=
ω
ω
(1-48)
khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ từ trường quay
1
ω
thay đổi, do đó tốc độ động cơ
cũng thay đổi .

< f
1đm
, với u
1
không đổi thì theo (1-1) dòng i
1
tăng nhanh. Điều này không cho
nên khi
)(2
22
xrr
M
++
=
ω
tđ
3
2
1
pU
(1-46)
11
1
n
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 9
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
phép n
háp điều khiển tốc độ động cơ và các luật ;
ên khi thay đổi f

⎞
0
2
0
2
⎟
⎠
⎜
⎝
ω
ω
m
Bss
th
LL
22
⎟⎜
⎛
=∗=
ssm
U
K
UL
M
(1-49)
Điều k
iện giữ cho khả năng quá tải không đổi là:
dm
thth
M

I
R
ω
+
Nếu giữ tần số f không trược ws = const thì mô men chỉ phụ thuộc is mà không
phụ thuộc tần số nguồn.
4.d Phương pháp tăng số lần chuyển mạch trong một chu kỳ.Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 10
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
4.e Phương pháp điều chỉnh biên độ (u
d
thay đổi→ u
nl
thay đổi ) ÂĐiều khiển biên độ



••
=
E
U

Từ (1-52) suy ra : (1-54)
1
1
fk
U
φ
=
•Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 11
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Từ (1-54) ta thấy, để đảm bảo cho đặt tính cơ có độ cứng cao và khả năng qua tải
lớn, đồng thời điều chỉnh điện áp u
1
sao cho từ thông
φ
không đổi, nghóa là thay đổi
1
1
f
U
=

d
U
α
bằng các thay đổi góc điều khiển
T
T
1
: =
αα

- Thay đổi tần số bằng cách thay đổi chu kỳ phát xung điều khiển nghòch lưu.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 12
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ CÁC HỆ THỐNG BIẾN TẦN
A- KHÁI NIỆM :
Biến tần là một thiết bò tổ hợp các linh kiên điện tử thực hiện chức năng biến đổi tần
số và điện áp một chiều hay xoay chiều có tần số nhất đònh thành dòng điện xoay
chiều có tần số điều khiển được nhờ các khoá điện tử.
B- PHÂN LOẠI:
Biến tần được chia làm hai loại :
1. Biến tần trực tiếp :
Còn được gọi là biến là biến tần phụ thuộc. Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển
mắc song song ngược cho xung lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta có thể nhận được dòng
xoay chiều trên tải.
chỉnh lưu
lọc
Nghòch lưu
Như vậy điện áp xoay chiều u

Z tải
T2

Việc biến đổi hai lần làm giảm hiệu suất biến tần
Tuy nhiên việc ứng dụng hệ điều khiển số nhờ kỹ thuật vi xử lý nên ta phát huy tối
đa các ưu điểm của biến tần loại này và thường sử dụng nó hơn.
Do tính chất của bộ lọc nên biến tần gián tiếp lại được chia làm hai loại sử dụng
nghòch lưu áp và nghòch lưu dòng. 2.a Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng:
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 13
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn dòng, dạng của động
điện trên tải phụ thuộc vào dạng dòng điện của nguồn, còn dạng áp trên tải phụ thuộc là
tuỳ thuộc vào các thông số của tải quy đònh.
2.b Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp :
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp ( nghóa là điện trở
nguồn bằng 0 ). Dạng của điện áp trên tải tuỳ thuộc vào dạng của điện áp nguồn, còn
dạng của dòng điện trên tải phụ thuộc vào thông số của mạch tải quy đònh.
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dãi
biến thiên tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực và bộ phận
điều khiển,
Bộ biến đổi
( mạch động lực )

để đảm bảo các yêu cầu tần số, điện áp ra của bộ biến tần đều do mạch điều khiển
quyết đònh.
Bộ điều khiển nghòch lưu gồm 3 phần:
- Khâu phát xung chủ đạo : là khâu tự dao động tạo ra xung điều khiển đưa đến
bộ phận phân phối xung điều khiển đến từng tranzito. Khâu này đảm nhận điều
chỉnh xung một cách dễ dàng, ngoài ra nó còn thể đảm nhận luôn chức năng
khuếch đại xung.
- Khâu phân phối xung :làm nhiệm vụ phân phối các xung điều khiển vào khâu
phát xung chủ đạo.
- Khâu khuếch đại trung gian: có nhiệm vụ khuếch đại xung nhận được từ bộ
phận phân phối xung đưa đến đảm bảo kích thích mở van.
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 14
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Sơ đồ của hệ thống điều khiển như sau:

Phát xung
chủ đạo
Phân phối
xung
Khuyếch
đại xung
Van

Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 15
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 16
Chỉnh Lưu
T4
D4
T6
Za
Uv
T1
Co
D1
T3
D6 T2
D2
Zb
Zc
T5
D3 D5

Tụ c
o
có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bò thay đổi, mặt khác nó trao đổi năng
lượng phản kháng với cuộn cảm.
Phương pháp điều khiển các van tranzito thông thường nhất là điều khiển cho góc
mở của van là và . đây ta xét góc dẫn ới tải đấu sao như thiết kế
bằng cách xác đònh điện áp trên tải trong từng khoảng thời gian 60
o
180=

oo
12060 ÷

oo
180120
÷

oo
240180
÷
oo
300240 ÷

oo
360300
÷
T
1
1 1 1 0 0 0
T
2
0 1 1 1 0 0
T
3
0 0 1 1 1 0
T
4
0 0 0 1 1 1
T
5

Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 18
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC

o
(h a)
ZAf
UU
3
1
=

Trong khoảng 60
o
– 120
o
(h b)
ZAf
UU
3
2
=

Trong khoảng 120
o
– 180
o
(h c)
ZAf
UU
3
1
=


1
−=

Tương tự ta tính được các pha b, c.
¾ Bảng chuyển trạng thái của diod:

0
o
60
o
120
o
180
o
240
o
300
o
D1 1 0 0 0 0 0
D2 0 1 0 0 0 0
D3 0 0 1 0 0 0
D4 0 0 0 1 0 0
D5 0 0 0 0 1 0
D6 0 0 0 0 0 1

I-3. Tính toán và chọn các phần tử trong mạch nghòch lưu :
Theo đề cho :
Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc
Công suất đònh mức : p
dm

cos3
1
1
A
IU
P
IIUP
dmdmdm
dmdmdmdm
==
=⇒=
ϕ
ϕ

==
ϕ
cos
1
fdm
f
f
I
U
R
9.11795.0*
77.1
220
=
zng
UU
=
max
= 466.7 (v). Chọn hệ số quá
áp của tranzito là K
v
= 1.6, thì cần phải chọn tranzito chòu được áp ngược là
1.6*466.7 =746.72 (v).
==
zvng
UKU
Vì tải đấu hình sao nên dòng qua mỗi tranzito lúc cực đại bằng dòng chỉnh lưu
==
max
Z
T
II
)(5.22*77.12 AI
dm
==

Với hệ số quá dòng K
i
= 1.2 , do đó ta phải chọn tranzito chòu được dòng :

== IKI
I
T
1.2 * 2.5 = 3 (A).

f
T
μ
:Thời gian cần thiết để
C
E
V
,
C
I
tư goá trò
C
I
giảm xuống 0.
- =
s
T
s
μ
3 : Thời gian cần thiết để từ giá trò tăng đến điện
áp nguồn.
CE
V
CEsat
V
- = 125(w) :Công suất tiêu tán cực đại bên trong tranzito.
m
P
b. Tính chọn diod:


3
1
)2)(1(
1
3
(1)
-
o
12060 ÷
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
+
+
−=
−
Q
N
A
e
a
a
R
E
i

E
i
θ
3
1
)2)(1(
1
3
(3)

với
3
3
.0tan ===
ϕ
ω
R
L
Q

36.0
3
1
33.0*3
1
==
−
=
−
e

R
E
i
θ
3
1
)2)(1(
1
3
= 0

)2)(1(
1
ln
)2)(1(
1
ln
3
1
3
1
aa
a
Q
aa
a
Q −+
+
−=⇒
−+


⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
−+
−==
3
max1
1
)2)(1(
1
3
)0(
a
aa
R
U
iI
d
AD

=
)(49.1
36.01
)36.02)(36.01(
1

dzng
====

Chọn hệ số quá áp là K
v
= 1.6, thì Diod chọn phải chòu được điện áp ngược là
Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 22
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC

)(4982.311*6.1. V
ng
U
v
k
ng
U
=
==

ta chọn Diod loại B10 của Liên Xô theo bảng I1 trang 11 sách Điện Tử Công Suất
của Nguyễn Bính.
c. Tính chọn tụ C
o
:
03.3
33.0
11
cot ====
ϕ

3
.
2
max
−
Δ
=
c
n
o
UR
LE
C
thường lấy
nc
EU 1.0
=
ΔF
ER
XE
n
Ln
μ
23.010.23,0
1,0*314*9,117*3
)12ln2(*33,0
)12ln2(

Đồ án môn học: §IƯN Tư C¤NG ST
Trang 23
Sinh Viên thực hiện: TƯỞNG MINH SIÊU Lớp02D4 -GVHD: LÂM TĂNG ĐỨC

II- BỘ ĐIỀU CHỈNH XUNG ĐIỆN ÁP :

Bộ điều chỉnh xung điện áp một chiều được sử dụng khi có sẵn nguồn một chiều cố
đònh mà không cần điều chỉnh điện áp ra tải. Bộ điều chỉnh này hoạt động theo nguyên
tắc đóng, cắt nguồn tải một cách chu kỳ theo một số luật khác nhau. Phần tử thực hiện
nhiệm vụ đó là các van bán dẫn, do chúng làm việc trong mạch một chiều nên chỉ dùng
thyristo thông thường nó không được khoá lại 1 cách tự nhiên ở giai đoạn âm của điện áp
nguồn như khi làm việc với dòng xoay chiều. Nên ở đây có mạch chuyên dùng để khoá
thyristo gọi là “ mạch khoá cưỡng bức” gây nhiều khó khăn trong thực tế. Vì vậy hiện nay
người ta các van điều khiển cả đóng và ngắt như tranzito bilolar.
Do
Ud
it
it
T

tải

0
'
0
1
dz
d
T
d
d
T
z
ZUU
U
T
T
dtU
T
dtU
T
U
=⇒
==
=
∫
∫

với Z =
T
1


: thời gian mở.
T
2
: thời gian khoá của Tranzito.
U
d
: điện áp trước bộ biến đổi.
Ta có điện áp trung bình sau bộ biến đổi là :

d
T
ddz
UZU
T
dtU
T
U
∫
===
1
0
11

Chọn tần số làm việc của bộ biến đổi là f = 500Hz

s
f
TTT 002.0
1
21


)(5.9334.583*6.1. VUKU
duTdm
=
=
=

Một cách tương đối ta xem hiệu suất của bộ nghòch lưu là
η
= 0,9. Theo đònh luật
bảo toàn năng lượng, ta có:
)(38.2
7.466*9,0
1000
A
U
P
I
P
IU
dm
dm
z
dm
zz
===⇒
=
η
η