MC LC
Ni dung trang
Li núi u 1
Chng I: Tng quan v thit b iu chnh 3
1.1. Cu to v nguyờn lý lm vic ca ng c khụng ng b 4
1.1.1. Cu to 4
1.1.2. Nguyờn lý lm vic 4
1.1.3. Cỏc i lng v phng trỡnh c bn ca ng c 5
1.1.3.1. Cỏc i lng c bn 5
1.1.3.2. Cỏc phng trỡnh c bn ca ng c 6
1.1.4. u nhc im ca ng c khụng ng b ba pha 10
1.1.4.1. u im 10
1.1.4.1. Nhc im 11
1.2. Mụ hỡnh ng c khụng ng b ba pha 11
1.2.1. Gii thiu v hai h ta v vộc t khụng gian 12
1.2.1.1. H ta Stato c nh 12
1.2.1.2. H ta t thụng roto 14
1.2.2. Mụ hỡnh liờn tc ng c khụng ng b ba pha 17
1.2.2.1. H phng trỡnh c bn ca ng c 17
a. H phng trỡnh in ỏp stato 19
b. H phng trỡnh in ỏp roto 20
1.2.2.2. Mụ hỡnh trng thỏi ca ng c trờn h ta () 20
1.2.2.3. Mụ hỡnh trng thỏi ca ng c trờn h ta (dq) 24
1.3. Nguyờn lý iu chnh tc ng c khụng ng b ba pha 28
1.3.1. Gii thiu mt s phng phỏp iu chnh tc ng c
KB
28
1.3.1.1. iu chnh tc bng cỏch thay i R
p
trong mch roto 28
1.3.1.2. iu chnh tc bng cỏch thay i iờn cm mch stato 29

50
2.1.4. Mạch Hãm.
51
2.1.5. Mạch bảo vệ sự tăng vọt điện áp.
52
2.1.5.1. Nguyên nhân gây sự tăng vọt điện áp.
52
2.1.5.2. Thiết kế mạch bảo vệ.
53
Chương III: Thiết kế hệ thống điều khiển mạch chỉnh lưu
56
3.1. Luật điều khiển U/f 56
3.2. Phương pháp điều biến độ rộng xung 59
3.2.1. Nguyên lý phương pháp điều biến độ rộng xung:
59
3.2.2. PWM cho hệ thống điện áp ba pha theo phương pháp kinh
điển:
60
3.2.3. PWM cho phương pháp số tựa tương tự:
63
3.2.4. Điều chế PWM bằng phương pháp véc tơ chuyển mạch:
65
3.3. TÍNH TOÁN VÉC TƠ CHUYỂN MẠCH
73
3.3.1. Tính thời gian đóng ngắt các van bán dẫn:
73
3.3.2. Chuyển đổi giá trị tính toán bằng xung:
78
3.4. PHẦN CỨNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN
81

3.4.2.4 Chương trình ngắt Compare timerthực hiện so sánh:
115
3.4.2.5. Chương trình tính lại bảng:
117
3.4.3 Xây dựng cấu trúc mạch tạo xung:
3.4.3.1 Sử dụng khối CCU của SAB 80C537trong ứng dụng PWM:
119
3.4.3.2 Xây dựng cấu trúc phần cứng mach điều khiển:
120
3.5 Thiết kế mạnh khuếch đại ,cách ly
3.5.1 Thiết kế mạch khuếch đại
122
122
3.5.2 Thiết kế mạnh cach ly :
122
3.6. Thiết kế mạch tạo trễ TP
123
Phụ lục
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐIỀU CHỈNH
Động cơ không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng dãi trong công
nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ lớn so với
các động cơ khác. Sở dĩ như vậy là do động cơ không đồng bộ ba pha có
kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn. Sử dụng nguồn cấp trực tiếp
từ lưới điện xoay chiều 3 pha. Tuy nhiên trước đây, các hệ truyền động
động cơ không đồng bộ có điều chỉnh tốc độ lại chiếm một tỷ lệ rất nhỏ, đó
là do việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ có khó khăn hơn động
cơ một chiều. Trong thời gian gần đây, do sự phát triển mạnh mẽ của công
nghệ bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử tin học, động cơ không đồng bộ
mới được khai thác các ưu thế của mình. Nó trở thành hệ truyền động cạnh

thép của roto người ta đặt vào các thanh dẫn bằng nhôm, hai đầu của các
thanh dẫn này được nối ngắn mạch làm thành một cái lồng mà người ta
quen gọi là lồng sóc, các thanh dẫn này không cần cách điện với lõi thép.
Để cải thiện tính năng mở máy, trong các máy có công suất lớn, rãnh roto
được cấu tạo đặc biệt (rãnh sâu hoặc rãnh kép). Trong máy điện cỡ nhỏ,
rãnh roto thường được làm chéo đi một góc so với tâm trục để mô men
phân bố đều trên roto. Loại động cơ xoay chiều 3 pha roto lồng sóc này
chiếm ưu thế trên thị trường.
1.1.2. Nguyên lý làm việc:
Động cơ không đồng bộ làm việc dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ.
Khhi ta cấp dòng điện xoay chiều ba pha:
i
A
= I
m
sin(ωt)
i
B
= I
m
sin(ωt - 120
0
) (1.1)
i
c
= I
m
sin(ωt + 120
0
)

1
1
n
nn
S
−
=
(1-3)
Xét về mặt lý thuyết giá trị S sẽ biến thiên từ 0 đến 1 hoặc từ 0 đến
100%
Trong đó: n
1
= 60f
1
/p
c
(1-4)
n = n
1
(1-s) (1-5)
* Sức điện động của mạch Roto lúc đứng yên:
Trong đó E
20
= 4,44K
2
f
2
W
2
Ф

)(
1
1
11
2
cc
s
pn
n
nnpnn
f
−
=
−
=
(1-8)
Vậy: f
2s
= sf
1
Sức điện động trên dây quấn Roto lúcđó là:
E
20
= 4,44K
2
f
2s
W
2
Ф

1
, là điện kháng, điện trở, dòng điện của mạch từ hóa
X
’
2
, r
’
2
, I
’
2
, là điện kháng, điện trở, dòng điện của cuộn dây roto quy đổi về
phía stato
I
’
2
= K
1
I
2
(1-11)
Với K
1
là hệ số quy đổi dòng điện
Ta có:
dm
dm
E
E
U

14)
*b Phương trình tốc độ:
1
1
n
nn
s
−
=
Theo sơ đồ đẳng trị một pha như hình 1-2, ta có biểu thức dòng điện roto
quy đổi về phía stato:
2
)()(
'
21
'
2
1
1
'
2
xx
s
r
r
U
I
+++
=
(1-15)

55,9
3
1
'
2
2'
2
n
s
r
IM
dt
=
(1-18)
M
đt
: Là mô men điện từ gồm hai thành phần:
+ Phần nhỏ tổn thất trên cuộn dây và tổn thất cơ do ma sát ở các ổ bi, ký
hiệu là ΔM;
+ Phần lớn biến thành mô men quay của động cơ;
M
đt
= M + ΔM (1-19)
Vì M >> ΔM, ta có thể bỏ qua ΔM;
Vậy: M
đt
~M
Khi đó
55,9
3

r
r
Un
s
r
M
dt
+++
=
(1-21)
biểu thức (1-21) chính là phwong trình đặc tính cơ. Được biểu diễn bằng
quan hệ M = f(n) như hình 1.3:
- Giá trị s sẽ biến thiên từ - ∞ đến + ∞ và mô men quay sẽ có giá trị tới hạn
(Mt). Lấy đạo hàm của mô men theo hệ số trượt và cho
0=
ds
dM
- Ta có hệ số trượt tương ứng với mô men tới hạn Mt gọi là hệ số trượt tới
hạn
22
1
'
2
2'
21
2
1
'
2
)(

=
(1-23)
Giải các phương trình (1-21) và (1-23) và đặt
22
1
'
2
nm
xr
r
+
=
ε
(1-24)
Ta được dạng đơn giản của phương trình đặc tính cơ như sau:
M
n
M
c
n
1
S
th
0
Hình 1.3: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

1.2. Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha
Như chúng ta đã biết động cơ không đồng bộ ba pha là một đối tượng
phi tuyến chứa rất nhiều các tham số, để điều khiển được động cơ không
đồng bộ trước hết phải có mô tả toán học của nó chính xác đén mức tối đa.

it
sa
i
(1.36)
Trong đó từng dòng điện ba pha thỏa mãn công thức sau đây:







+=
+=
=
)240cos()(
)120cos()(
)cos()(
0
0
titi
titi
titi
sssc
sssb
sssa
ω
ω
ω
(1.37)

s
πω
2
=
và tạo với trục
thực (đi qua cuộn dây pha A ) một góc
)(t
s
ωγ
=
. Việc xây dựng véctơ
i
s
(t) được thể hiện như
hình 1.4
hình 1.4.
Ta thấy rằng các dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của
véctơ mới i
s
(t) thu được lên trục của cuộn dây tương ứng.
Ta đặt lên trục thực của mặt phẳng phức nói trên là trục α và trục ảo
là β, hình chiếu của véc tơ dòng i
s
(t) ở trên hai trục đó là hai dòng i
sα
và i
sβ
.
Đối với các đại lượng khác của động cơ như điện áp, dòng r«to, từ
thông stato, từ thông r«to đều có thể xây dựng véc tơ không gian trên hệ

ϑ
πω
==
2
, trong
đó f
s
là tần số của mạch stato. Do động cơ xoay chiều ba pha là động cơ
Hình 1.4. Thiết lập véctơ không gian từ các đại lượng pha.
Hình 1.4. Thiết lập véctơ không gian từ các đại lượng pha.
không đồng bộ nên có sự chênh lệch giữa ω và ω
s
sẽ tạo nên dòng điện
roto với tần số f
r
, dòng điện đó cũng được biểu diễn dưới dạng véc tơ i
r

quay với tốc độ góc
s
f
s
2
πω
=
.
Nếu ta xây dựng một hệ tọa độ mới với trục thực có hướng trùng với hướng
của véc tơ
Ψ
r

với nhau với tốc độ ω
s
xung quanh gốc tọa độ, nên các phần tử của các
véctơ là các đại lượng một chiều. Trong chế độ vận hành xác lập, các phần
tử đó thậm chí có thể là không đổi. Trong quá trình quá độ, chúng có thể
biến thiên theo một thuật toán điều khiển đã định trước. Từ đó ta thấy việc
mô tả động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha trên hệ tọa độ từ thông
roto là phép mô tả dẫn tới các tương quan giống như đối với động cơ điện
một chiều, nhằm đạt được các tính năng điều khiển, điều chỉnh giống như
động cơ điện một chiều.
1.2.1.3. Chuyển hệ tọa độ của véc tơ không gian
Quan sát một hệ véc tơ bất kỳ V trên hai hệ tọa độ xy và x
*
y
*
.
Trên hệ tọa độ xy: V
xy
= x + jy
Trên hệ tọa độ x
*
y
*:
V
*
= x
*
+ jy
*
Ta dễ dàng chứng minh được kết quả sau đây:

)cossin()sincos(
**
*****
ϑ
ϑϑ
ϑϑϑϑ
j
xy
eVjyjyx
yxjyxV
=−+=
+++=
Một cách tổng quát ta thu được công thức chuyển tọa độ
**
**
ϑϑ
j
xy
j
xy
eVVeVV
−
=⇔=
Hai hệ tọa độ xy và x
*
y
*
được gọi là hai hệ tọa độ cố định, hay nói
cách khác: góc
*

(t), từ thông stato ψ
s
(t) hoặc từ thông r«to ψ
r
(t) trên hệ tọa độ
(d,q).









+−
+−
+−
dt
td
iRtu
dt
td
iRtu
dt
td
iRtu
sC
sCssC
sB

)(
3
2
)(
j
SC
j
SBsAs
eueututu ++=
(1.42)
Thay điện áp pha trong (1.41) vào (1.42) ta có phương trình điện áp Stato
dưới dạng véc tơ quan sát trên hệ thống ba cuộn dây stato như sau:
dt
d
iRu
s
s
s
ss
s
s
ψ
+=
(1.43)
Tiến hành tương tự như đối với cuộn dây stato ta thu được phương trình
điện áp của mạch roto quan sát trên hệ thống roto (xét trường hợp đọng cơ
roto lồng sóc nên roto ngắn mạch)
Ta ký hiệu:
L
m

σr
: Điện cảm roto;
T
s
= L
s
/R
s
: hằng số thời gian mạch stato;
T
r
= L
r
/R
r
: hằng số thời gian mạch roto;
Σ = 1 – L
2
m
/(L
s
L
r
); hệ số tiêu tán tổng;
Với các tham số này ta có các phương trình cân bằng của từ thông stato và
roto:



+=

c
TM
ω
+=
(1.47)
Với: m
T
là mô men tải;
J là mô men quán tính
ω là tốc độ quay roto
a) Phương trình điện áp stato:
Áp dụng công thức chuyển toạ độ ta có:
s
j
e
k
s
u
s
s
u
ϑ
.
=
;
s
j
e
k
s

k
s
d
s
s
d
ϑ
ψω
ϑ
ψψ

+=→
Trong đó υ
k
là góc giữa trục thực của hệ tọa độ k bất kỳ và trục α của hệ tọa
độ cố định stato. υ
k
thỏa mãn phương trình sau đây ω
k
= dυ
k
/dt. Thay các
phương trình trên vào biểu thức (1.43) ta thu được phương trình tổng quát
k
s
k
j
dt
k
s

s
R
s
s
u
ψ
+=
.
Hệ tọa độ từ thông roto (d,q): trường hợp này sảy ra khi ω
k
= ω
s
. Phương
trình điện áp stato trên hệ tọa độ (d,q) có dạng :
b) Phương trình điện áp r«to:
Áp dụng công thức chuyển tọa độ sau đó thay vào phương trình điện áp
roto ta thu được phương trình tổng quát điện áp roto:

f
ss
j
dt
f
s
d
f
s
i
s
R

2.2.2.2. Mô hình trạng thái
của động cơ trên hệ tọa độ (
của động cơ trên hệ tọa độ (α,β)
Hệ phương trình biểu diễn trên hệ tọa độ (α,β):









+=
+=
−+=
+=
r
i
r
L
s
i
m
L
r
r
i
m
L


0
.
ψ
ψ
ψω
ψ
ψ
(1.50)
Rút ra các đại lượng dòng điện r«to và từ thông stato từ hai phương trình
cuối của hệ thay vào phwong trình đầu ta được hệ phương trình mới:







+








−+=
++=
dt

s
i
s
R
s
s
u
ψ
ψω
ψ
σ
.
1
.0

(1.51)
Ta định nghĩa thêm đại lượng mới sau đây:
Ψ
’
rα
= Ψ
rα
/L
m
Ψ
’
β
= Ψ
r β
/L












−+=
−−=
+
−
+
−
+








−
+−=
+
−

.
.
1
/

1
.
11
.
1
/

1
/
.
.
1
.
11
β
ψ
α
ψω
β
β
ψ
β
ψω
α
ψ

σ
σ
α
r
r
T
r
s
i
r
Tdt
r
d
r
r
r
T
s
i
r
Tdt
r
d
s
u
s
L
r
r
T

rβ
là các đại lượng của véc tơ dòng
từ hóa cũng có đơn vị là Ampe (A) như dòng điện.
Phương trình mô men của động cơ:
)*(
2
3
)*(
2
3
r
s
iPiPm
rcscM
ψψ
−==
Thay các véc tơ từ thông roto và dòng điện stato vào phwong trình mô men
ta được phương trình cuối sau đây:
)(
2
3
αββα
ψψ
srsrcM
iiPm −=
(1.53)
Hệ phương trình (1.52) và (1.53) là mô hình điện đầy đủ của động cơ
không đồng bộ trên hệ tọa độ (α,β):
rs
TTT

sT
x
(1.54)






=
β
α
s
u
s
u
sT
s
u
Từ hệ phương trình (1.2.14) ta xây dựng đượcmô hình của động cơ không
đồng bộ trên hệ tọa độ (α,β):
Hệ phương trình (1.52) có thể viết dưới dạng
s
s
u
s
B
s
x
s














−
−
−−
−








−
+−
−−



s
A
1
0
1
0
0
1
0
1
.
1
.
1
.
1
.
1
.
1
.
1
0
.
1
.
1
σ
σ
ω


=
00
00
.
1
0
0
.
1
s
L
s
L
s
B
σ
σ
Ta có mô hình tổng quan của động cơ không đồng bộ trong không
gian trạng thái:
Nếu biển diễn mô hình dưới dạng các ma trận con ta có mô hình sau
B
s
A
s
∫
s
s
u
dt

2.2.2.3. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ (dq)
2.2.2.3. Mô hình trạng thái của động cơ trên hệ tọa độ (dq)
Xét trên hệ tọa đô dq ta có hệ phương trình mô tả động cơ không
đồng bộ.











+=
+=
−+=
++=
f
r
i
r
L
f
s
i
m
L
r

f
s
i
s
R
f
s
u 0

ψ
ψ
ψω
ψ
ψω
ψ

Tiến hành tương tự như trên hệ tọa độ
(α,β) rút hai đại lượng dòng điện roto
(α,β) rút hai đại lượng dòng điện rotovà từ thông stato từ hai phương trình cuối thay vào hai phương trình đầu đồng
và từ thông stato từ hai phương trình cuối thay vào hai phương trình đầu đồngthời ta định nghĩa them các đại lượng mới
thời ta định nghĩa them các đại lượng mới

s
= ψ
sd
+ j ψ
sq
;
vào, thực hiện cân bằng hai vế ta thu được hệ phương trình sau:
( )
( )























1
/
/
.
/
.
1
.
1
/
1
/
.
.
1
/

1
.
11
.
.
1
/

1
/
.
.

rd
sq
i
r
T
s
T
sq
i
s
dt
sq
di
sd
u
s
L
rq
rd
r
T
sq
i
s
sd
i
r
T
s
Tdt

(1.56)
Phương trình mô men của động cơ:
Luận văn thạc sỹ -Nguyễn Hữu Quảng
Chương III: TKHT điều khiển mạch nghịch lưu
- 25 -
qrdcM
ipm
'
2
3
ψ
=
(1.57)
Từ các phương trình trên ta có thể xác định được công thức tính mômen từ
các thành phần với điều kiện: khi tựa hướng theo từ thông r«to ta có thể
đặt:
0=
rq
ψ
.
sq
i
rd
s
L
p
z
sq
i
rd

s
u
f
B
f
x
f
A
dt
f
dx
ω

++=
Với:
[ ]
//
rq
rd
sq
i
sd
i
fT
x
ψψ
=
[ ]
sq
u