BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
CÔNG TY CƠ KHÍ - ĐIỆN - ĐIỆN TỬ TÀU THUỶ
o0o

Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật đề tài cấp nhà nước “NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ
CHẾ TẠO CÁC HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN CHO MÁY MÓC VÀ CÁC THIẾT BỊ TÀU THUỶ”
(Ứng dụng điện tử công suất lớn)
Mã số: KC.06.23.CN Chủ nhiệm Đề tài: Th.s Nguyễn Văn Thắng

Thuộc chương trình
: KHCN trọng điểm cấp nhà nước giai đoạn 2001-2005
“Ứng dụng công nghệ tiên tiến trong sản xuất sản phẩm xuất khẩu và sản phẩm chủ lực”

Chủ nhiệm Đề tài
: Th.s Nguyễn Văn Thắng
Cơ quan
: Công ty Cơ khí - Điện - Điện tử tàu thuỷ Cơ quan chủ trì Đề tài
: Công ty Cơ khí - Đi
ện - Điện tử tàu thuỷ
Địa chỉ
: Tổ 6 - Láng thượng - Đống đa - Hà nội
Hà nội, tháng 05/2008
BÀI TÓM TẮT Nội dung: Nghiên cứu, thiết kế, ứng dụng thành tựu công nghệ về điện tử
công suất của thế giới chế tạo hệ thống điều khiển truyền động điện trên boong
tàu thuỷ đạt chất lượng cao, tính năng hoạt động ổn định, lắp đặt xuống tàu thuỷ.
Mục tiêu của đề tài: Thiết kế kỹ thuật và công nghệ
chế tạo các hệ thống,

đóng góp đội ngũ cán bộ kỹ thuật có khả năng đáp ứng những đòi hỏi c
ấp thiết
của công cuộc công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước nói chung và cho ngành
công nghiệp tàu thuỷ đang phát triển.

1
MỤC LỤC

BẢNG KÝ HIỆU 3
MỞ ĐẦU 4
PHẦN I: TỔNG QUAN CHUNG 6
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN VỀ CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ỨNG DỤNG
VÀO TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 6
1.1 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng thiết bị điện tử công suất lớn 6
1.2 Một số phần tử bán dẫn công suất ứng dụng trong điều khiển truyền động điện. 10
CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ ĐỘNG CƠ TRUYỀN ĐỘNG
ĐIỆN 14
2.1 Đặt vấn đề về hệ truyền động 14
2.2 Khái quát chung về điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc 17
2.2.1 Sơ đồ thay thế và các phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ khi
điều khiển bằng thay đổi tần số nguồn cung cấp 17

2.2.2 Hệ thống điều khiển tần số và đặc tính động cơ không đồng bộ 20
2.3 Động cơ không đồng bộ trong hệ thống điều khiển tần số bằng bù sụt áp trên điện
trở Stator 21

2.3.1 Ảnh hưởng của điện trở Stator lên bản chất và đặc tính của động cơ 21
2.3.2 Điều khiển tần số với việc bù sụt áp trên điện trở Stator 25
2.4 Tính chất động của hệ thống điều khiển truyền động động cơ không đồng bộ
bằng biến đổi tần số 26

CHƯƠNG 3: LỰA CHỌN VÀ CHẾ TẠO CÁC THIẾT BỊ, PHẦN TỬ CHO HỆ ĐIỀU
KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN MÁY MÓC TRÊN BOONG TÀU THUỶ 78
3.1 Phân tích công nghệ và lựa chọn giải pháp kỹ thuật để ứng dụng phần tử, thiết bị
điện tử công suất lớn cho hệ truyền động điện trên tàu thuỷ. 78

3.2 Chế tạo, lựa chọn và tích hợp các phần tử thiết bị và panel cho hệ điều khiển
truyền động điện máy neo và cần cẩu 79

3.3 Lắp đặt, thử nghiệm và hướng dẫn sử dụng, vận hành hệ thống 80
CHƯƠNG 4:QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO, LẮP ĐẶT, THỬ NGHIỆM CHO
HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TRÊN BOONG TÀU THUỶ 81
4.1 Yêu cầu cơ bản về quy trình công nghệ chế tạo và lắp đặt thử nghiệm 81
4.2 Sơ đồ quy trình công nghệ 82
4.3 Các bước thực hiện 83
4.4 Các chỉ tiêu đánh giá các sản phẩm của đề tài 88
PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91
TÀI LIỆU THAM KHẢO 93 3
BẢNG KÝ HIỆU

PLC PROGRAMABLE LOGIC CONTROLLER
SCADA SUPERVISORY CONTROL AND DATA ACQUISITION
DCS DITRIBUTED CONTROL SYSTEM
PC PERSONAL COMPUTER
IC INTERGRATED CHIP
CPU CENTER PROCCESING UNIT
DTC DIRECT TORQUE CONTROL
TĐĐ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

kế, đầu tư chiều sâu, đổi mới công nghệ đóng tàu mới, đồng thời quyết tâm đẩy mạnh
phát triển công nghiệp phụ trợ, chế tạo các máy móc, thiết bị lắp đặt lên tàu thay cho
việc phải nhập ngoại hầu hết như hiện nay.
Trướ
c những yêu cầu thực tế, vấn đề ứng dụng kỹ thuật vi xử lý và công nghệ tự
động hoá nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng, độ tin cậy và ổn định cao trong hệ
thống điều khiển và tự động hoá trên tàu biển là đòi hỏi cấp thiết. Việc nghiên cứu
thiết kế và làm chủ công nghệ chế tạo hệ thống điều khiển truy
ền động điện máy móc,
đặc biệt là máy móc trên boong tàu thuỷ ứng dụng các thiết bị điện tử công suất lớn
nhằm góp phần giải quyết các yêu cầu đó.
Mục tiêu đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và làm chủ công nghệ chế tạo các hệ
thống thiết bị điều khiển truyền động điện cho các máy móc và thiết bị tàu thuỷ (đặc
biệt là các máy móc trên boong) trên c
ơ sở ứng dụng thiết bị điện tử công suất lớn.
Từ những bước phát triển đầu của nghành công nghiệp đóng tàu nước ta việc
nghiên cứu về hệ thống truyền động điện các máy móc, thiết bị tàu thuỷ đã được quan
tâm và đã có các công trình nghiên cứu khoa học về chế tạo máy neo; nghiên cứu,
thiết kế, chế tạo cần cẩu tàu thuỷ; nghiên c
ứu bộ biến tần trực tiếp, …Tuy nhiên, do
những khó khăn khách quan và chủ quan, các sản phẩm chế tạo ra còn tồn tại vấn đề
về công suất động cơ điều khiển, kích thước, khối lượng, độ tin cậy hoạt động, …nên
chưa thể chuẩn hóa và ứng dụng rông rãi. Với việc ứng dụng điện tử công suất lớn
trong các hệ thống điề
u khiển truyền động điện cho máy móc và thiết bị trên tàu thủy,
đề tài sẽ góp phần giải quyết các hạn chế nêu trên.

5
Hiện nay, lĩnh vực điều khiển, tự động hóa thế giới nói chung và nghành công
nghiệp tàu thủy nói riêng đã đi trước chúng ta một thời gian dài; mặt khác, trình độ

áp dụng đã và đang ngày càng phát triển.
- Về thiết kế: Với bề dày thiết kế và đóng tàu vài trăm năm, việc thiết kế đã
được thực hiện bằng các chương trình phần mềm rất hiện đại, được mô
phỏng, chạy thử trên máy tính, được qua hệ thống kiểm tra chất l
ượng rất
ngặt nghèo, việc ứng dụng kết nối rất mở
- Về phương pháp công nghệ: Các phần tử, thiết bị điện tử công suất được chế
tạo với công nghệ cao, ngày càng hoàn thiện về chất lượng, kích thước mẫu
mã, tính năng, giá thành sản xuất giảm đáng kể so với các Inverter sản xuất
những năm 1970 -1980.
- Về phương pháp nghiên cứ
u ứng dụng: Trải qua hàng trăm năm, lĩnh vực
điều khiển tự động đã ứng dụng, nghiên cứu hàng loạt các phương pháp điều
khiển, gần đây hàng loạt các phương pháp điều khiển hiện đại đã được xây
dựng và phát triển như: Điều khiển thích nghi (Adaptive Control), Điều
khiển mờ (Fuzzy Control), điều khiển bám (Back Stepping) Các nhà
nghiên cứu đã lần l
ượt ứng dụng rộng rãi các phương pháp này để điều khiển
các thết bị điện tử công suất lớn cho các thiết bị cho các ngành công nghiệp
nói chung.

7
Những năm của thập kỷ 60 và 70 của thế kỷ XX, thế giới đã tập trung
nghiên cứu giải pháp dùng Thyristor để tạo ra các loại biến tần trong truyền
động điện nói chung và truyền động điện tàu thuỷ nói riêng, nhằm: Khởi động
mềm, điều khiển trơn láng, phạm vi điều chỉnh tốc độ lớn, hoạt động êm
Nhưng những hệ
thống như vậy còn cồng kềnh, chiếm chỗ, đòi hỏi những điều
kiện khó đáp ứng, lại kém tin cậy đã dẫn đến xu hướng chuyển sang ứng dụng
thuỷ lực trong truyền động các máy móc trên boong tàu thuỷ được coi là giải


8
tàu thuỷ. Tuy nhiên, các mạch điều khiển phần lớn là các rơle, công tắc tơ hoặc
các thiết bị điện tử điều khiển không được chuẩn hóa nên còn rất nhiều hạn chế:
khối lượng lớn, kích thước cồng kềnh, khó điều khiển, không tin cậy trong môi
trường tàu thuỷ. Tiếp theo là một thời gian dài các đơn vị tập trung vào nghiên
cứu điều khiển các thi
ết bị trên boong bằng thuỷ lực, khí nén. Phương pháp điều
khiển này có chỗ dễ dàng hơn, thao tác dễ hơn nhưng có nhược điểm khá lớn là
hệ thống cồng kềnh, nhiều ống dẫn và cút nối nên không tránh khỏi bị nứt, gãy
do bị rung động lớn dẫn đến không điều khiển được, điều này đặc biệt nguy
hiểm vì phần lớn các thiết bị trên boong liên quan đế
n sự an toàn tính mạng của
con tàu và con người.
Sau này một số viện, trường đại học, cơ quan có quan tâm đến việc điều
khiển truyền động điện ứng dụng thiết bị điện tử công suất lớn. Tuy nhiên, về
mức độ thì chỉ có một vài sản phẩm được tạo ra nhưng còn hạn chế về công suất
động cơ điều khiển (không l
ớn hơn 5 kW), mặt khác các thiết bị này mới ở mức
độ mạch logic, anolog rời rạc, chưa quan tâm đến chuẩn hoá dùng cho tàu thuỷ
và chuẩn hoá tín hiệu ra để phục vụ kết nối giao diện với các thiết bị khác, phục
vụ cho việc thiết lập một mạng giám sát điều khiển sau này (SCADA, DCS).
Trong năm 2002, với sự mạnh dạn thử nghiệm phục vụ cho nghiên cứu về
sau. Công ty Cơ
khí - Điện - Điện tử tàu thuỷ đã ký kết hợp đồng nghiên cứu,
lắp ráp thành công hệ thống điều khiển chân vịt mũi bằng điện tử công suất lớn
với công suất 94 kW cho tàu khách K108 đóng tại Nhà máy đóng tàu Sông Cấm
xuất khẩu cho Pháp. Đến nay hệ thống vẫn hoạt động tốt, tuy nhiên phần lớn
thiết bị là nhập ngoại chưa được chu
ẩn hoá, nguyên lý điều khiển chưa hiện đại

đơn giản đến phức t
ạp. Trên cơ sở đó, Công ty đã đi sâu vào phân tích, tìm hiểu
và đưa ra phương pháp nghiên cứu thiết thực nhất phù hợp với tình hình thực tế
và công nghệ trong nước:
- So sánh giữa các công nghệ hiện có, từ đó lựa chọn được một công nghệ
hiện đại nhất, tối ưu nhất phù hợp với tình hình thực tế sản xuất trong
nước, sau đó đi sâu vào vào nghiên cứu và ứng dụ
ng
- Kết hợp giữa kỹ thuật truyền động điện - điện tử công suất lớn với các
thành tựu của công nghệ thông tin để xây dựng một hệ thống điều khiển
truyền động điện hiện đại, tin cậy, thân thiện với người sử dụng, dễ dàng
trong việc ghép nối, mở rộng hệ thống.
- Áp dụ
ng các chương trình phần mềm hiện đang phổ biến và tiên tiến trong
điều khiển
- Thông qua các chương trình mô phỏng trên máy tính, phân tích, lựa chọn
các phần tử có đặc tính kỹ thuật đáp ứng nhưng có kích thước nhỏ gọn, độ
tin cậy cao
- Sử dụng các thiết bị đo lường, kiểm nghiệm chất lượng cao để kiểm tra,
phân tích, tối ưu hoá lựa chọn, đảm bả
o độ tin cậy, chính xác, an toàn, tiết
kiệm trước khi tiến hành sản xuất, lắp ráp, chế tạo, giảm thiểu các thiệt hại
về vật tư, thiết bị, thời gian, và sức lao động trong việc sản xuất, chế tạo
thử.
- Tận dụng các thành quả của công nghệ thông tin trong xây dựng các quy
trình kiểm tra, mô phỏng trên máy tính

10
1.2 Một số phần tử bán dẫn công suất ứng dụng trong điều khiển truyền
động điện

n

p
n+ n+ n+
J
1

J
2 J
3

H
ình 1.1 Cấu trúc của
GTO (a) và ký hiệu của
GTO (b)

G
A
A
K
p+ n+ p+ p+ n+ p+
Hình 1.2 a) Cấu trúc tran-si-to BJT, b) Ký biệu

11
I
B
>

được gọi là phần tử mang điện cơ bản. Từ cấu trúc củ
a MOSFET có thể thấy
rằng giữa cực máng và cực gốc tồn tại một tiếp giáp p-n, tương đương với một
diôt ngược nối giữa D và S. Trong các bộ biến đổi, để trao đổi năng lượng giữa
nguồn và tải cần các điôt ngược song song với các van bán dẫn. Như vậy
MOSFET có ưu điểm là đã có sẵn điot này. MOSFET có tần số đóng cắt lớn tuy
nhiên thời gian đ
óng cắt lại chịu ảnh hưởng của các tụ kí sinh ở các cực.
Van bán dẫn IGBT(insulated Gate Transistor)
Transisto IGT (insulated Gate Transisto) là loại Transisto có cực cửa, nó
còn có tên khác như: IGBT (insulated Bipolar Transisto), COMFET
(Conductivity modulated FET), GEMFET (Gain modulated FET), GBR
(insulated Gate Retifier). IGBT là loại van công suất kết hợp công nghệ
Hình 1.3 MOSFET : a) cấu trúc, b) Ký hiệu, c) Đặc tính
G
D
S
b)
C
ự
c
g
ốc
C
ự
c đ khiển
n n n
p

p


10
5V
0
c)

12
MOSFET và Bipolar Transisto để được đặc tính điều khiển của MOSFET và đặc
tính ra của Bipolar Transisto (có khả năng chịu dòng lớn).
THYRISTOR cảm ứng tĩnh điện SITH ( Static Induction Thyristor)
SITH có cấu trúc như hình 1.4 do Nhật chế tạo vào năm 1988. Như ta thấy
từ hình vẽ cấu trúc của SITH chỉ khác SIT là có thêm một lớp p
+
phía cực D,
như vậy theo thứ tự các miền bán dẫn là pnpn nên có tên gọi thyristor mặc dù cơ
chế hoạt động hoàn toàn khác thyristor, thực chất nó giống điôt (p
+
n) được điều
khiển theo kiểu trường và cũng thuộc loại thường mở như SIT. Khi U
GK
= 0 van
dẫn dòng điện như điôt, để khóa nó cần U
GK
<0 và phải giữ điện áp này chừng
nào còn muốn van khóa. Vì có cấu trúc điôt nên SITH chịu được điện áp ngược
và khi quá áp cũng bị chọc thủng, điện áp này thường không lớn vì đó là cái giá
phải trả cho tần số làm việc cao. Về chức năng SITH tương đương như GTO
nhưng có tần số làm việc cao hơn và công suất nhỏ hơn. SITH là một phần tử rất
được chú ý nghiên cứu để
đạt thêm những tính năng như công suất lớn hơn, khả

G
K

13
So sánh các thông số một số van công suất mới và truyền thông
1. Các van đang dùng đại trà
Loại van
Tham số
Thyristor GTO TRIAC BT MOSFET IGBT
Điện áp (V) 6000 4500 1200 600 500 1200
Dòng điện (A) 3500 2500 500 500 50 100
Tần số (kHz) 2 0.4 15 100 50
Công suất (kw) 100-1000 100 <10 100
2. Các van mới nhiều triển vọng
Loại van
Tham số
IGBT SIT SITH MCT
Điện áp (V) 1200 1000 1200 800
Dòng điện (A) 100 200 400 100
Số miền quá độ pn 2 0 1 3
Đặc điểm điều khiển tuyến tính tuyến tính tuyến tính on/off
Kiểu điều khiển điện áp điện áp dòng điện điện áp
Nhiệt độ làm việc (
o
C) -65÷150 -50÷150 -40÷125 -196÷250
Sụt áp khi dẫn (V) 2,5 70 4 1,1
du/dt (V/µs)
2000 - 2000 20000
di/dt (A/µs
150 - 900 2000

hơn.
Động cơ điện một chiề
u được phân loại theo cách kích từ thành: động cơ
kích từ độc lập, động cơ kích từ nối tiếp, kích từ song song, kích từ hỗn hợp.
Động cơ điện một chiều kích từ độc lập và kích từ song song gàn như giống
nhau nhưng khi cần công suất lớn người ta thường dùng động cơ kích từ độc lập
để điều chỉnh dòng điện kích thích được thuận tiện và kinh t
ế hơn, mặc dù động
cơ này đòi hỏi phải có thêm nguồn điện phụ bên ngoài. Động cơ loại kích từ nối
tiếp được dùng rất nhiều, chủ yếu trong ngành kéo tải bằng điện.
Do sự phát triển của các thiết bị điện tử nên việc phát triển một hệ truyền
động một chiều có nhiều thuận lợi, tuy nhiên truyền động một chi
ều gặp khó
khăn cho chi phí ban đầu và chi phí bảo dưỡng.
Hệ truyền động động cơ đồng bộ
Động cơ đồng bộ (ĐB) có những ưu điểm nhất định nên trong thời gian gần
đây được sử dụng rộng rãi hơn và có thể so sánh được với động cơ không đồng
bộ trong lĩnh vực truyền động điện. Về ưu điểm tr
ước hết phải nói là động cơ

15
đồng bộ được kích thích bằng dòng điện một chiều nên có thể làm việc với
cos
ϕ
=1 và không cần lấy công suất phản kháng từ lưới điện, kết quả là hệ số
công suất của lưới điện được nâng cao, làm giảm điện áp rơi và công suất tổn
thất trên đường dây. Động cơ đồng bộ ít chịu ảnh hưởng của điện áp lưới điện
do mô men tỉ lệ với U còn với động cơ không đồng bộ mô men tỉ lệ
với U
2

1. Điều chỉnh điện áp cấp cho động cơ dùng BBĐ Thyristor
2. Điều chỉnh điện trở roto bằng BBĐ xung Thyristor
3. Điều chỉnh công suất trượt P
s16
4. Điều chỉnh tần số nguồn cung cấp động cơ bằng các BBĐ tần số
Thyristor hay Transitor
.
Trong quá trình thực hiện đề tài nhóm tác giả đã tiến hành phân tích tìm
hiểu kỹ đặc điểm, ưu nhược điểm từng hệ truyền động đồng thời xét điều kiện
khả thi của nền khoa học kỹ thuật nước nhà. Mặt khác, xét riêng đối với ứng
dụng cụ thể ở đây, các thiết bị trên tàu thuỷ phải làm việc trong những điều ki
ện
khá đặc biệt. Do tính chất của thiết bị vận tải không hạn chế về mặt địa lý nên
phải công tác trong các vùng khí hậu rất khác nhau. Độ ẩm tuyệt đối dao động
trong giới hạn rộng, sự ngưng tụ hơi nước không chỉ trên bề mặt thiết bị máy
móc mà còn ở phía trong nữa. Sương mù và hơi nước mặn là hiện tượng đặc
trưng cho điều kiện bi
ển, lượng muối chứa trong không khí có tác động xấu tới
trang thiết bị, phá huỷ các loại vật liệu cấu thành máy móc. Đồng thời các thiết
bị trên tàu thuỷ phải chịu cả sự tác động cơ học từ bên ngoài như sóng, gió và từ
bên trong do hoạt động của các máy lớn như máy chính và các máy phụ khác.
Những chấn động này phức tạp và thay đổi. Chấn động lớn quá mức có thể làm
giảm độ tin c
ậy trong công tác, giảm tuổi thọ, gây hỏng hóc trong cấu tạo. Một
đặc trưng nữa của môi trường làm việc là điều kiện giới hạn không gian, tập
trung thiết bị trong diện tích hẹp. Vì vậy ảnh hưởng qua lại, nhiễu của các thiết
bị khá lớn.

Đề tài được lựa chọn xuất phát từ những nhu cầu thực trạng công nghiệp
tàu thuỷ nước ta và sự phát triển của khoa học kỹ thuật hiện đại. Áp dụng
phương pháp mới để nâng cao chất lượng hệ thống là ứng dụng khoa học kỹ
thuật tiên tiến trên thế giới, mạnh dạn mở ra hướng đi mới cho nền công nghiệp
nước nhà. Vì vậy,
đây có thể được coi là giải pháp hiện đại và tối ưu cho các hệ
truyền động trên tàu, đặc biệt là điều khiển truyền động máy neo và cần cẩu.
2.2 Khái quát chung về điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
Có nhiều phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
như: thay đổi điện áp đặt vào dây quấn stator, thay đổi số cặ
p cực, nhiều dây
quấn trên một stator mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm khác nhau, duy
chỉ có phương pháp thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ là khả dĩ đáp
ứng được các yêu cầu của hệ thống TĐĐ, đặc biệt là yêu cầu về dòng điện khởi
động nhỏ nhưng mô men khởi động lại phải lớn, vì vậy ở đây ta chỉ nghiên c
ứu
về phương pháp này.
2.2.1 Sơ đồ thay thế và các phương trình cơ bản của động cơ không đồng
bộ khi điều khiển bằng thay đổi tần số nguồn cung cấp
Sơ đồ thay thế có dạng hình T, với các giả thiết là:
1. Điện áp đối xứng và có dạng hình Sin
2. Đặc tính từ hoá của động cơ là tuyến tính
Giả thiết này cho phép áp dụng trở kháng của m
ạch từ hoá là không đổi
khi điều chỉnh từ thông trong phạm vi hẹp
3. Bỏ qua hiệu ứng của dòng điện dò

18
4. Thuần trở của mạch từ hoá bằng 0. Giá trị của nó thường không quá
10% trở kháng mạch từ hoá, sơ đồ thay thế ở tần số đã cho là không đổi.

α
(2.1)
Độ trượt tuyệt đối, tức tần số tương đối dòng rotor:

dmdmdm
f
f
1
2
1
1
1
=
−
=
∆
=
ω
ω
ω
ω
ω
β
(2.2)

α
β
ω
ω
=

τ
τ
τ
τ
.
+
+
=
(2.4)
Ngoài ra:
(
)
21
1
τ
+= rb

r
c .
α
=

01
/ Xrd = (2.5)

1
1
τ
+
=e

rxcdrrccb
xr
UEE
dm
dm
=
++++
+
==
(2.6)
Hình 2.1 – Sơ đồ thay thế dạng chữ T

19
() ()
()
()
βα
β
γ
ααββα
β
γφ
α
,
.
.
.2
.
.
11

()
βα
β
γ
ααββα
βτ
γ
α
,
.
2
1/
.
1
2'
2
222'
21
2222
2
2
2
2
0
2'
2
1
A
C
U

A
U
redrrcb
UI
H
H
=
++++
=+

() ()
()
()
βα
β
γ
ααββα
βτ
γ
µα
,
.
2
/
.
2'
2
222'
21
2222


.
.2
.
'
2
1
2
1
2'
2
222'
21
2222
'
2
1
2
1
'
A
r
Um
redrrcb
r
Um
M
dm
dm
dm

thay vào các công thức nên ta có:
- Dòng Stator khi ngắn mạch:
()
() ()
2'
2
2222'
21
2222
2
2
2
2
0
2'
2
1
2
1/
.
redrrcb
xr
UI
dm
nm
αααα
ατ
γ
α
++++

++++
=
(2.12)
- Dòng Stato khi không tải lí tưởng:
()
2
2
'
20
2
1
222
0
010

α
γ
α
γ
αµα
XXr
U
edX
U
II
mmdm
++
=
+
==+

B
C
E
xr
xr
fCI
dmdm

.
.1/

1
22'
2
2'
2
2
2
2
2
0
2'
2
111
=
+
++
=

()

β
φ
ω
αα
B
r
Em
Xr
r
fCm
M
dm
dm
dm
dm
'
2
2
1
2
11
22
2
2'
2
'
2
2
1
2

dm
dm
M
fCm
K
1
111
ω
=

22'
2
2'
2
'
2
2
.
β
φ
α
xr
r
Cos
+
=
(2.16)
Trong các công thức này
(
)

được giữ
theo tỉ số giữa mô men cực đại tính toán và mô men tải thực tế. Vì vậy hệ thống
kín điều khiển thường có hai mạch ổn định tốc độ và điều chỉnh điện áp hay
dòng Stator.
Ngoài ra còn một số yêu cầu: bảo đảm đặc tính mô men dạng máy xúc,
thực hiện nhiệm vụ điều khiển tối ưu ở chế độ tĩnh, bả
o đảm yêu cầu về mô
men, tốc độ khi dòng cực tiểu, bảo đảm tổng công suất (công suất theo Cos
max
ϕ
)

21
2.2.2.2 Các nguyên lí điều tần cơ bản và phân loại hệ thống
Người ta phân làm hai nguyên lí cơ bản:
a. Điều tần, trong đó nhân tố điều khiển là tần số và điện áp trên Stator
(ĐKT_ĐA)
b. Điều tần, trong đó nhân tố điều khiển là tần số và dòng điện Stator
(ĐKT-DĐ)
Phương pháp đầu tiên là có truyền thống và đã được hoàn thiện đầy đủ.
Phương pháp sau mới được nghiên cứu trong khoảng 10 năm trở l
ại đây. Nó có
nhiều khó khăn vì vậy ít được sử dụng trong thực tế.
Có thể phân ra các hệ thống điều tần cơ bản như sau:
1 Hệ thống hở.
2 Hệ thống kín với:
- ổn định tốc độ không ổn định từ thông
- ổn định từ thông và tốc độ
- ổn định mô men
φ

hệ thống giảm và với f
0≈ thì động cơ hầu như không có khả năng làm việc
nữa. Trong phòng thí nghiệm, người ta đã xây dựng đường đặc tính cơ theo luật

22
Const
f
U
=
. Cho động cơ A42-4 (2,8kw-1420vòng/phút– 380v/220v) và được
kết quả như sau: Thí nghiệm ở điện áp giảm xuống 12v.
Nm
M
Hzv
f
U
Hzv
f
U
Hzv
f
U
/
10
26
/
25
65
/
50

β

+ Mô men được xác định bởi từ thông
,cos,
2
ϕ
φ
dòng rotor
'
2
I

+ Từ sơ đồ thay thế ta thấy
,cos
2
ϕ
không phụ thuộc tần số mà chỉ phụ thuộc
vào
β
.
2'
2
2
2'
2
'
2
2
/
x

2

x
r
fC
Z
E
I
dm
+
==
β
φ
α
β
α
α
(2.18)
Với
dm
Cos
Cos
i
2
2

ϕ
ϕ
ϕµ
=