Đề tài: Nghiên cứu tìm hiểu các hệ điều chỉnh
tốc độ động cơ điện xoay chiều
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
2
a . Nguyên lý điều chỉnh tần số:

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
3
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:
BT
U
1
,f
1
U
2
,f
2
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
.

1
U
2
,f
2
 Biến tần nguồn dòng :
Sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy, đã từng được sử dụng rộng rãi để điều
khiển tốc độ động cơ xoay chiều 3 pha, rôto lồng sóc .Sơ đồ gồm một cầu chỉnh
lưu và một cầu biến tần, mỗi tiristor được nối tiếp thêm một một điôt gọi là điôt
chặn.
MTKb 512.8 380/220V 50Hz TĐ 25%
5
P
đm
= 37 kW
dm
th
M
M
= 3,6
dm
kd
M
M
=3,3
U
đm
=380 V;n
đm
= 720v/p

s
dds
370
cos63
cos
63
7,116
6
.
6
1
1
1
1
1
==⇒=
==⇒=
π
ϕ
ϕ
π
π
π
* Dòng chảy qua các van T
1

→
T
6
và D

∆U(V)
Tốc độ quạt(m/s)
B-200 200 100-1000 0.7 12
6
⇒
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

2. Tính toán các phần tử mạch chỉnh lưu
* 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

=1,6x930,8≈1500 (V)
⇒
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.
8
s
R
s
L
σ
I
sd
L
m
U
s


3. Hằng số thời gian roto T
r
ở chế độ danh định.
s
I
I
T
sdNrN
sqN
r
01822,0
1,689,87
7,113
=
×
==
ω
srad
n
f
NrN
/9,87
60
3
2
=


















−= 342,0
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

f
X
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=
×

W
ω=
ω
ω
.
K
U
Khi từ thông máy phát tốc không đổi điện áp đầu ra máy phát tốc
Khi có bộ lọc đầu ra thì hàm truyền máy phát tốc
( )
( )
Pj
K
P
P
P
fF
U
F
ωτ
ω
ω
ω
+
==
1
Kω hệ số tỷ lệ Kω = Uω/ω
Uω = 10V
1326,0
4,75

75mV
10v
r
sun
i
d
12
Sử dụng mạch phản hồi dòng một chiều có cấu tạo được trình bày trên hình vẽ
1
2
133
075.0
10
R
R
Uv
Ur
K ====
Nguyên lý hoạt động:Dòng Id sau mạch chỉnh lưu được cho qua đIện trở
Rsun sẽ tạo ra một đIện áp vi sai có độ lớn trong khoảng từ 0-75mV.ĐIện áp vi
sai này được đưa vào đầu vào của khuyếch đạI thuật toán để khuyếch đạI tạo ra
đIện áp ra tỉ lệ với dòng Id.
Chọn đIện áp vào vi sai bằng 75mV.
điện áp ra sau khuyếch đại thuật toán bằng 10V
=>hệ số khuyếch đại của OA bằng:
Chọn R1=1kΩ => R2=133kΩ
13
CHƯƠNG V: TỔNG HỢP HỆ ĐIỀU KHIỂN
I. Luật điều chỉnh từ thông không đổi.
I

Tuy nhiên ở vùng tần số làm việc thấp khi mà sụt áp trên điện trở stator
có thể so sánh được sụt áp trên điện cảm mạch stator khi đồng thời từ thông
cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn cũng giảm đi.
Có thể thiết lập được chiến lược điều chỉnh để giữ biên độ từ thông 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

1
0
)iL(
T
1
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:
15





Ψ=Ψ+Ψ
=+
2
p
2
ry

d
và tần số trượt f
2
.
- Bản chất của phương pháp này là thông qua việc duy trì quan hệ giữa dòng
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
).
16
17
- 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 +±=

2
m
2
2dm1
2
LL
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:
18
)(FT1
L

M ω=
ω+
ω
=
II. Sơ đồ cấu trúc của mạch vòng dòng điện.
19
Irđ
Ud
Uđk
CL+ĐK
Ri
Ld Rd 2L1t 2R1 2L2t
2R2/ S0
Id
Iđo
- Để tiện
cho việc tính toán, thiết kế được bộ điều chỉnh dòng điện R
1
, người ta dùng sơ
đồ đơn giản sau:
20
Trong đó L
d
, R
d
: điện cảm, điện trở cuộn kháng lọc
L
1t
, R
1

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:
21
Uud
Uuđk
Uir
Uiđ +
∑
∑
+ pT1
R/1
-
Uiđo
Uid
i
R
CL
CL
pT1
K
+
Kđo
IS2
+
-
MC

ω
+ pT1
K
Kdo
t1d
d
L2LL
R2RR
+=
+=
∑
∑
Ta có:
d
d
r
U.
pT1
R/1
pLR
U
I
∑
∑
∑∑
+
=
+
=
trong đó

=
ω
s
: tốc độ truyền của động cơ
T
r
: hằng số thời gian mạch roto
=> Sơ đồ cấu trúc dạng khai triển các mạch vòng dòng điện, tốc độ
22
Trong đó:
2
ssMM
2
r
2
s
2
ss
r
2
m
I)(F.K
T1
I
R
L
2
3
M ω=
ω+

Kdo
RIR
( )( )
Σ
++ pT1pT1
R/K
CL
ICL
π
32
B
Fi
A
ω+
ω
pT1
K
Jp
1
- Tuyến tính hoá biểu thức tính mômen động cơ (tại điểm định mức)
s
s
s
s
I
I
MM
M ∆
∂
∂

2
s dm
s dms dm
r
2
s
22
r
2
s dm
2
r
2
s dm
2
s dm
r
2
s
=
ω+
ω
=
∂
∂
=
ω+
ω−
=
ω∂

cCL
CL
U
Ud
K
2. Máy phát tốc.
ppT
K
pF
tt
01,01
1326,0
1
)(
+
=
+
=
ω
ω
3. Khâu khuếch đại tuyến tính F
i
s dm
sdm
F
I
K
i
ω
=