Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2
(42)
/Năm 2007
43
Hệ truyền động điện Biến tần- động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp

Trần Xuân Minh - Nguyễn Nh Hiển (Trờng ĐH Kỹ thuật công nghiệp - ĐH Thái Nguyên)

1. Đặt vấn đề
Theo [2], [3], [7], [8], động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp là động cơ xoay chiều không đồng
bộ ba pha rotor dây quấn với sơ đồ đấu dây đặc biệt (hình 1). Với cách đấu dây này, động cơ làm
việc nh một động cơ đồng bộ (có đờng đặc tính cơ tuyệt đối cứng), do quan niệm từ thông
động cơ tạo bởi cuộn dây rotor, mà cuộn dây này lại
đợc đấu nối tiếp với cuộn dây stator nên trong trờng
hợp này động cơ đợc gọi là động cơ đồng bộ kích từ
nối tiếp (ĐCĐBKTNT). Trong [2], [3], [7], [8], đ
giới thiệu các kết quả nghiên cứu về chế độ xác lập
của động cơ, qua đó, đ khẳng định các u điểm nổi
bật của ĐCĐBKTNT. Nhng do động cơ làm việc nh
một động cơ đồng bộ nên vấn đề khởi động động cơ là
một nội dung quan trọng cần phải đợc nghiên cứu.
Ngoài ra cũng phải xét đến phơng pháp điều chỉnh
tốc độ cũng nh các yêu cầu đối với các thiết bị trong
hệ điều chỉnh tự động truyền động điện. Nghiên cứu
về các phơng pháp khởi động ĐCĐBKTNT và xây
dựng cấu trúc điều khiển cũng nh xác định lĩnh vực
có thể ứng dụng hệ truyền động mới này là nội dung cơ bản của bài báo đợc trình bày sau đây.
2.


V
c

V
b

i
b

i
a

i
c
Hình 1: Sơ đồ đấu dây mạch stator và
rotor của động cơ làm việc ở chế độ
ĐCĐBKTNT
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2
(42)
/Năm 2007
44
tuy nhiên, do bản chất ĐCĐBKTNT có cấu trúc không ổn định [4] nên muốn đa động cơ vào
đồng bộ, phải xây dựng hệ truyền động theo cấu trúc điều khiển hệ thống kín. Khi đi sâu nghiên
cứu phơng pháp khởi động ĐCĐBKTNT trong hệ truyền động sử dụng bộ biến đổi tần số gián
tiếp có khâu trung gian một chiều, nhóm tác giả bài báo này đề xuất các phơng án nh sau:
Với hệ truyền động biến tần-ĐCĐBKTNT điều khiển vô hớng sử dụng điều chế độ

thực hiện bởi ĐCA.
áp dụng mô hình mô phỏng động cơ đ đợc giới thiệu trong [2], [3], thực hiện việc
mô phỏng đặc tính quá độ của hệ trong MATLAB-SIMULINK với động cơ có các thông số:
Pđm=1,1KW; Uđm=380/220-Y/; I1đm=3,5A; Ls=0,013H; Lr=0,0089H; Ls=0,34H;
k=0,692; số đôi cực từ pm=3; tần số định mức fđm=50Hz; mô men quán tính động cơ và tải
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2
(42)
/Năm 2007
45
Hình 3: Tốc độ góc (a), giá trị hiệu dụng dòng điện một pha (b) của động cơ khi khởi động
không tải và thay đổi tải nhảy cấp tại các thời điểm t=15s (M
c
=6Nm) và t=20s (tăng thêm
4Nm) với cấu trúc điều khiển vô hớng t(s)

r
(rad/s)
0
5 10

15

20



20

25

30

b)
Hình 4: Tốc độ góc (a), giá trị hiệu dụng dòng điện một pha (b)của động cơ khi khởi động có
tải dạng quạt gió với cấu trúc điều khiển vô hớng
a)

0
5 10

15

20

25 30
0
20
40
60
80
100
120

r
(rad/s), M


khởi động
không tải và thay đổi nhảy cấp tải khi
động cơ đ hoàn

thành

quá trình khởi
động; khi khởi động có tải dạng quạt
gió đợc biểu diễn trên các hình 3a,
b;4a, b.
Các kết quả quả này cho thấy,
với cấu trúc điều khiển và phơng
pháp khởi động động cơ đ nêu, hệ
truyền động đảm đợc các yêu cầu
cần thiết về đặc tính quá độ và hoàn
toàn có thể áp dụng vào thực tế sản
xuất.
Hình 2: Cấu trúc điều khiển vô hớng hệ truyền
động biến tần- động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp
A
CL
NL
C

c
B C
TG
SI
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2
(42)
/Năm 2007
46
2.3. Hệ biến tần - ĐCĐBKTNT điều khiển vô hớng, khởi động động cơ bằng phơng pháp
khởi động không đồng bộ
Mặc dù không có lồng sóc khởi động nh một số động cơ đồng bộ, nhng ĐCĐBKTNT
lại có đặc tính: Khi cấp nguuồn xoay chiều ba pha cho động cơ thì động cơ sẽ khởi động lên tốc
độ gần bằng tốc độ từ trờng quay của stator. Sử dụng đặc tính này của động cơ, ta điều khiển
biến tần làm việc theo luật: Khi bắt đầu khởi động biến tần cho ra điện áp với tần số gấp đôi tần
số làm việc, dẫn đến động cơ sẽ khởi động đến tốc độ cần thiết, sau đó biến tần đợc điều khiển
để tần số đầu ra giảm xuống tần số làm việc (bằng một nửa lúc ban đầu), động cơ sẽ tự vào đồng
bộ. Cấu trúc hệ truyền động vẫn có dạng nh hình 2, chức năng điều khiển tần số để đảm bảo quá
trình khởi động đợc cài đặt trong khối đặt tần số.
Các đặc tính trên các hình 5a,b cho thấy, với biện pháp khởi động này cũng có thể dễ
dàng đa động cơ đến tốc độ làm việc theo yêu cầu và các chỉ tiêu khác hoàn tơng đơng nh
khi áp dụng việc điều chỉnh tần số và điện áp ra của biến tần, tuy nhiên trờng hợp này yêu cầu
biến tần phải có khả năng tạo ra điện áp tần số gấp đôi tần số định mức của động cơ.
3. Kết luận
Từ các kết quả mô phỏng đối với các cấu trúc điều khiển vô hớng của hệ truyền động
điện biến tần-động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp có thể đa ra các kết luận:
* Hệ truyền động điện biến tần - ĐCĐBKTNT là một hệ truyền động có đờng đặc tính cơ
tuyệt đối cứng, đảm sự ổn định tốc độ tuyệt đối khi mô men tải thay đổi trong phạm vi nhỏ hơn

t(s)
I
f
(A)
t(s)
a)
b)
Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 2
(42)
/Năm 2007
47
động cơ không đồng bộ ba pha đợc sản xuất trong công nghiệp) thì tốc độ động cơ đạt đến 6000
vòng/phút, rất phù hợp với các hệ truyền động có yêu cầu tốc độ cao nh các máy nén, máy bơm
cao tốc, khi đó không cần hộp số nên kích thớc của hệ đợc giảm nhỏ, giá thành thấp.
* Kết hợp các u điểm về kết cấu động cơ chắc chắn, các chỉ tiêu chất lợng tĩnh tốt, có
khả năng cho ra công suất gấp đôi công suất định mức do nhà máy sản xuất đa ra [2], [3], [7], [8],
với các đặc tính động đợc giới thiệu trong mục 2, hệ truyền động điện biến tần-ĐCĐBKTNT là một
hệ truyền động rất có triển vọng khi đợc nghiên cứu hoàn thiện
Tóm tắt

Bài báo giới thiệu về một hệ truyền động điện mới, ứng dụng động cơ không đồng bộ ba
pha rotor dây quấn với sơ đồ đấu dây đặc biệt, làm việc tơng tự nh động cơ đồng bộ kích từ nối
tiếp. Trên cơ sở đó, xây dựng cấu trúc điều khiển của hệ truyền động đồng bộ kích từ nối tiếp và
các kết quả về đặc tính làm việc trong chế độ quá độ của hệ thống, đồng thời, dự báo khả năng
ứng dụng hệ truyền động mới này trong công nghiệp.
Summary
Electrical transmission system of Altering frequency - synchronous motor using