Trang 1
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM
CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
Sinh viên thực hiện Cán bộ hướng dẫn:

Nguyễn Phi Cường (1063853) Nguyễn Văn Khanh
Trần Quốc Việt (1063935)
Chuong I: TỔNG QUÁT
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn
trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta
vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ
điện như quạt và động cơ bơm…..
Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “ NGHIÊN CỨU VÀ
THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA”.
Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì
chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng
điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là
phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm
hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một
cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn,
tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi
khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hưởng
xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện.
1.2. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong
công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ
hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ
vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Trang 3
2.1. ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
2.1.1 Đại cương về động cơ không đồng bộ
Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử
dụng và bảo quản thuận tiện, giá thành rẽ nên được sử dụng rộng rãi trong nền
kinh tế quốc dân, nhất là loại công suất dưới 100 kW.
Động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất nhất là
loại rôto lồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ
công suất nhỏ và trung bình. Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ
khó khăn và dòng điện khởi động lớn thường bằng 6-7 lần dòng điện định mức.
Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rôto
lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rôto rãnh sâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi
động, đồng thời tăng mômen khởi động lên.
Động cơ điện không đồng bộ rôto dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc
độ trong một chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng
khởi động không lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rôto lồng sóc,
do đó giá thành cao hơn, bảo quản cũng khó hơn.
Trang 4
Động cơ điện không đồng bộ được sản xuất theo kiểu bảo vệ IP23 và kiểu
kín IP44. Những động cơ điện theo cấp bảo vệ IP23 dùng quạt gió hướng tâm đặt
ở hai đầu rôto động cơ điện. Trong các động cơ rôto lồng sóc đúc nhôm thì cánh
quạt nhôm được đúc trực tiếp lên vành ngắn mạch. Loại động cơ điện theo cấp bảo
vệ IP44 thường nhờ vào cánh quạt đặt ở ngoài vỏ máy để thổi gió ở mặt ngoài vỏ
máy, do đó tản nhiệt có kém hơn do với loại IP23 nhưng bảo dưỡng máy dễ dàng
hơn.
Hiện nay các nước đã sản xuất động cơ điện không đồng bộ theo dãy tiêu
chuẩn. Dãy động cơ không đồng bộ công suất từ 0,55-90 KW ký hiệu là K theo
tiêu chuẩn Việt Nam 1987-1994 được ghi trong bảng 10-1 (Trang 228 TKMĐ).
Theo tiêu chuẩn này, các động cơ điện không đồng bộ trong dãy điều chế tạo theo

n
2
n
1
1
n
s
1
N
1
dt
F
dt
F
Từ trường quay của stato cảm ứng trong dây rôto sức điện động E, vì dây
quấn stato kín mạch nên trong đó có dòng điện chaỵ. Sự tác dụng tương hổ giữa
các thanh dẫn mang dòng điện với từ trường của máy tạo ra các lực điện từ F
đt
tác
dụng lên thanh dẫn có chiều xác định theo quy tắc bàn tay trái.
Tập hợp các lực tác dụng lên thanh dẫn theo phương tiếp tuyến với bề măt
rôto tạo ra mômen quay rôto. Như vậy, ta thấy điện năng lấy từ lưới điện đã được
biến thành cơ năng trên trục động cơ. Nói cách khác, động cơ không đồng bộ là
một thiết bị điện từ, có khả năng biến điện năng lấy từ lưới điện thành cơ năng đưa
ra trên trục của nó. Chiều quay của rôto là chiều quay của từ trường, vì vậy phụ
thuộc vào thứ tự pha của điện áp lưới đăt trên dây quấn stato. Tốc độ của rôto n
2
là
tốc độ làm việc và luôn luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường và chỉ trong trường hợp đó
mới xảy ra cảm ứng sức điện động trong dây quấn rôto. Hiệu số tốc độ quay của từ

ứng.
Tần số dòng điện trong rôto rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trựơt của rôto
so với từ trường:
1
1
21121
2
*
*60
)(**
60
* fs
n
nnnpnn
pf
=
−
=
−
=
Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta
dùng một động cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các
đầu ra của nó được nối với lưới địện. Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu
ra của nó được kích bằng các tụ điện.
Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha. Động cơ
một pha không thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có
các phần tử khởi động như tụ điện, điện trở …
Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt
qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây.
Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây. Vì dòng điện I nằm

làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch. Nhược điểm so với
Trang 8
động cơ rotor lòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ
cháy nổ .
• Rotor lồng sóc :
Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator. Trong mỗi rãnh của lõi
sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt
lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái
lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc.
c ) Khe hở không khí
Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều. Khe hở trong máy điện không đồng
bộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho
hệ số công suất của máy cao hơn.
2.1.4 Ứng dụng :
Động cơ không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động
cơ điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên
động cơ không đồng bộ là loại máy được dùng rộng rãi Trong đời sống hàng
ngày,động cơ không đong bộ ngày càng chiếm một vị trí quan trọng với nhiều ứng
dụng trong cộng nghiệp, nông nghiệp và trong đời
sống hàng ngày.
• Ứng dụng của động cơ không đồng bộ
Ngày nay, các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các
thiết bị hoặc dây chuyền sản xuất công nghiệp, trong giao thông vận tải, trong các
thiết bị điện dân dụng, . .
. Ước tính có khoảng 50% điện năng sản xuất ra được tiêu thụ bởi các hệ thống
truyền động điện.
Hệ truyền động điện có thể hoạt động với tốc độ không đổi hoặc với tốc độ
thay đổi được. Hiện nay khoảng 75 . 80% các hệ truyền động là loại hoạt động với
tốc độ không đổi.
Với các hệ thống này, tốc độ của động cơ hầu như không cần điều khiển trừ

cơ DC. Vì vậy, một ý tưởng về việc biến đổi một máy điện xoay chiều thành một
máy điện một chiều trên phương diện điều khiển đã ra đời. Đây chính là điều
khiển vector. Điều khiển vector sẽ cho phép điều khiển từ thông và moment hoàn
toàn độc lập với nhau thông qua điều khiển giá trị tức thời của dòng (động cơ tiếp
dòng) hoặc giá trị tức thời của áp (động cơ tiếp áp).
Trang 10
Điều khiển vector cho phép tạo ra những phản ứng nhanh và chính xác của
cả từ thông và moment trong cả quá trình quá độ cũng như quá trình xác lập của
máy điện xoay chiều giống như máy điện một chiều. Cùng với sự phát triển của kỹ
thuật bán dẫn và những bộ vi xử lý có tốc độ nhanh và giá thành hạ, việc ứng dụng
của điều khiển vector ngày càng được sử dụng rộng rãi trong nhiều hệ truyền động
và đã trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp.Với sự phát triển nhanh chóng, ngành
công nghiệp tự động luôn đòi hỏi sự cải tiến thường xuyên của các loại hệ truyền
động khác nhau. Những yêu cầu cải tiến cốt yếu là tăng độ tin cậy, giảm khả năng
tiêu thụ điện năng, giảm thiểu chi phí bảo dưỡng, tăng độ chính xác và tăng khả
năng điều khiển phức tạp. Vì vậy, những hệ truyền động với động cơ điện
mộtchiều đang dần thay thế bởi những hệ truyền động động cơ xoay chiều sử dụng
điều khiển vector. Bởi vì, lý do chính để sử dụng rộng rãi động cơ điện một chiều
trước kia là khả năng điều khiển độc lập từ thông và moment lực đã nêu cũng như
cấu trúc hệ truyền động khá đơn giản. Tuy nhiên, chi phí mua và bảo trì động cơ
cao, đặc biệt khi số lượng máy điện phải dùng lớn. Trong khi đó, các ứng dụng
thực tế của lý thuyết điều khiển vector đã được thực hiện từ những năm 70 với các
mạch điều khiển liên tục. Nhưng các mạch liên tục không thể đáp ứng được sự đòi
hỏi phải chuyển đổi tức thời của hệ quy chiếu quay do điều này đòi hỏi một khối
lượng tính toán trong một thời gian ngắn.
Sự phát triển của những mạch vi xử lý đã làm thay đổi việc ứng dụng của lý
thuyết điều khiển vector. Khả năng tối ưu trong điều khiển quá độ của điều khiển
vector là nền móng cho sự phát triển rộng rãi của các hệ truyền động xoay chiều
(vì giá thành của động cơ xoay chiều rất rẻ hơn so với động cơ một chiều).
Ngoài những phát triển trong điều khiển vector, một sự phát triển đáng chú ý

2
(t) > E
d

Để cho điện áp trn van l dương U
ak
= U
2
(t)-E
d
>0 v mở van, ở điểm
- ωt = α, phát xung vào cổng G van T1,T2 lm chng dẫn, từ đó làm xuất
hiện dòng điện tải i
d
. Đến nửa chu kỳ sau, tại thời điểm α + π cho xung phát voào
cực khiển G của T3,T4 để mở chung, lc ny cĩ hai khả năng xảy ra :
Trang 12
Hình 2-1 :Sơ đồ chỉnh lưu cầu 1 pha
T
1
T
3
T
2
T
4
U
2
= U
m

= iT
1
–iT
4
(2.1)
Áp chỉnh lưu :
u
d
= UdA – udc (2.2)
Mạch cầu một pha tạo ra điện áp chỉnh lưu hai xung.Thành phần hai của nó có
biên độ bằng biên độ của hiệu điện áp pha.
Khi cầu làm việc luôn có một thyristor,một T của nhómm anode một T của nhóm
cathod cùng đóng cho dòng chảy qua.
Trang 13
Hình 2-2 :Trạng thi mạch khi T
1
v T
2
dẫn dòng
T
1
T
2
u = u
đ
A-u
đ
C
Tải
I

m
mc
U
XdXUdXU
(2.3)
U
d
=
)1(cos
2
+
α
π
U
(2.4)
Với O<α <π điện áp chỉnh lưu trung bình điều khiển thay đổi trong khoảng
0 < U
d
(α) < +
U
π
2

(2.5)
Quan hệ U
d
(α) của (2.4) như hình 2-3 :
Quan hệ U
đ
(α)

π
π
α
π
α
−
=






−−=
∫∫
.
2
sin
1
2
1
2
1 Id
d
dt
di
XEU
R
idd
m

2.2.5 CÁC TRẠNG THÁI DÒNG – ÁP CỦA MẠCH CHỈNH LƯU :
Mạch cầu một pha có khoảng dẫn dòng l :
λ =
π
π
=
p
2
Có góc kích ban đầu l:
α
0
=
0
2
=−
p
ππ

a.Trạng thái dòng liên tục:
Phương trình cân bằng áp của mạch :
R
id
+ L
θ
sin
m
UE
dt
di
=+

idxl =
R
E
R
U
m
−−
)sin(cos
ϕθϕ
(2.11)
Khi θ =α
0
=α thì id =Id
o
:
idtd =
ϕθ
ω
g
L
R
L
Rt
AeAeAe
cot
0
−
−
−
==

−
+−
ia=
[ ] [ ]






−−−
−
−−+ )
0
sin(cos
cot)
0
(
)
0
sin(cos
0
1
ϕαϕ
ϕθ
ϕαϕ
m
UE
ga
e

1
2
1
Ia
Ia
m
dLEdUidd
Trong đó:
∫
=
0
0
0
Ia
Ia
dL
θω
Nên :
Id=
( )
π
πα
α
π
2
.1cos
2
2
2
−

d
=0.Năng lượng tích luỹ trên cuộn kháng L không
đủ dể duy trì tính liên tục của dòng i
d
khi dòng i
d
giảm qua trị số 0.
Khi i
d
giảm trước khi α mở :
L
θ
sin
md
d
URiE
dt
di
=++
(α
0
≤

θ
≤

α
0 +
λ ) (2.15)
Để đơn giản cho phép tính, cho R

00
θα
ω
θα
ω
−+−
L
E
L
U
m

(2.16)
Khi θ =α
0
+λ=α+π -> id=0m
U
E
=
ε
λ
λαα
=
+−
)cos(cos
00
(2.17)

L
pU
d
m
α
β
θ
ωπ
2

 Ia =
( )






−++−
2
sinsincos
2
6
2
0
λ
εαλααλ
ωπ
o
o

p
p
blt
=
+−
=
(2.19)
Từ (2.11) v (2.12), trị trung bình dòng biến liên tục :
Ia =






++−






++
)sin()
2
sin()
2
cos(cos
2
0000

L
U
mm
=






−
(2.21)
π
ε
α
2
cos
blt
=

L
U
I
m
blt
πω
α
2
sin
=

U
I
m
bltblt
πω
π
ε
= 1 (2.22)
Như vậy ở chế độ biên liên tục, đặc tuyến bin l Ellip với các trục l trục của
đặc tính cơ. Độ rộng vùng dòng điện gián đoạn sẽ giảm nếu ta tăng điện cảm L v
tăng số pha chỉnh lưu.
d.Trạng thái trung dẫn:
Sơ đồ mạch xay ra trung dẫn
Trang 18
Hình 2-4 :Sơ đồ mạch khi xảy ra trung dẫn
T
1
L
ba
I
d
i
2
u
2
T
3
iT
2
iT

= I
d
–iT
2
=> 2L
ba
θ
sin
2
m
U
dt
di
=

θ
π
sinsin
2
pL
U
dt
di
ba
m
=
i
2
=
)cos(cos

2
= I
d
, quá trình chuyển mạch kết thúc.
I
d
=
)]cos([cos
sin
αµα
ω
π
+−
ba
m
L
p
U
(2.24)
Trang 19
Đặt: I
m
=
ba
m
L
p
U
ω
π

dt
di
2

Điện áp trung bình trong quá trình trung dẫn.
∆U
µ
=
θ
π
µα
α
du
L
∫
+
1
Khi α =α
0
= 0 thì dòng chạy qua vùng chuyển mạch chính l dòng I
d
=α + µ
∆U
µ
=
∫
=
+
µα
α

do
cosα, trong đó:
U
do
=
m
U
p
p
π
π
sin
Phụ thuộc vào sơ đồ chỉnh lưu, điện áp nguồn cung cấp cho BCL, α góc
điều khiển.

Về nguyên tắc (theo lý thuyết tính tốn) góc α có thể biến thin từ 0 đến π tức
U
d
biến thiên từ +U
do
đến -U
do
, nhưng thực tế khi α >π /2U
d
< 0 thì không thực
Trang 20
hiện được việc cấp dịng i
d
cho phụ tải vì SCR chỉ cho dịng chảy theo một chiều
duy nhất từ Anode đến Cathod.

2.3 VI ĐIỀU KHIỂN AT89S52
2.3.1 PHẦN CỨNG CỦA AT89S52 :
MCS-52 là một họ IC vi điều khiển được sản xuất bởi hãng Intel. Các IC tiêu
biểu của họ này là 8031 và 8051. Các sản phẩm MCS-51 thích hợp cho những ứng
dụng điều khiển. Việc xử lý trên byte và các phép toán số học ở cấu trúc dữ liệu
nhỏ được thực hiện bằng nhiều chế độ truy xuất dữ liệu nhanh trên RAM nội. Tập
lệnh cung cấp một bảng tiện dụng những lệnh số học 8 bit gồm cả lệnh nhân và
lệnh chia. Nó cung cấp những hỗ trợ mở rộng on-chip dùng cho những biến 1 bit
như là kiểu dữ liệu riêng biệt cho phép quản lý và kiểm tra bit trực tiếp trong điều
khiển và những hệ thống logic đòi hỏi sử dụng luận lý.
8952 là một vi điều khiển 8 bit, chế tạo theo công nghệ CMOS chất lượng
cao, công suất thấp với 4KB PEROM (flash programmable and erasable read only
memory). Thiết bị này được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật bộ nhớ không bốc
hơi mật độ cao của ATMEL và tương thích với chuẩn công nghiệp MCS-51
TM
về
tập lệnh và các chân ra. Các đặc tính của AT89S52 được tóm tắt như sau :
- Tương thích với những sản phẩm MCS -51
TM
- 4KB PEROM on chip
- 256 byte RAM nội
- Tần số hoạt động từ 0 đến 24MHz
- Ba mức khóa bộ nhớ lập trình
- 4 port xuất nhập 8 bit
- 2 bộ timer/counter 16 bit
Trang 22
- 8 nguồn ngắt
- Kênh nối tiếp lập trình được
- 210 bit được địa chỉ hóa
- Một bộ xử lý luận lý (xử lý trên bit)

TMP2 TMP1
ALU
PSW
INTERRUPT, SERIAL
PORT,
AND TIMER BLOCKS
PORT 1
LATCH
PORT 3
LATCH
OSC
INSTRUCTION
REGISTER
TIMING
AND
CONTROL
P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7
PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE
PSEN
ALE/PROG
EA / V PP
RST
SÔ ÑOÀ KHOÁI
8951
Sau đây là bảng so sánh các IC thuộc họ MSC 51 và 89S52 :
Trang 24
VCC
GND
P0.0 – P0.7 P2.0 – P2.7
PORT 0 DRIVE PORT 2 DRIVE

LATCH
OSC
INSTRUCTION
REGISTER
TIMING
AND
CONTROL
P1.0 – P1.7 P3.0 – P3.7
PORT 1 DRIVE PORT 3 DRIVE
PSEN
ALE/PROG
EA / V PP
RST
SƠ ĐỒ KHỐI 8952

MCU ROM RAM TIMER
8051 4K MROM 128 byte 2
8031 0 K 128 byte 2
8751 4 K EPROM 128 byte 2
8052 8 K MROM 256 byte 3
8032 0 K 256 byte 3
8752 8K EPROM 256 byte 3
8952 8K EEPROM 256 byte 3
Mô tả các chân của AT89S52:
AT89S52 : có 40 chân Sơ Đồ Chân AT89S52
Trang 25
VCC

38
37
36
35
34
33
32
RST
XTAL2
XTAL1 PSEN
ALE/PROG
EA/VPP
P1.0
P1.1
P1.2
P1.3
P1.4
P1.5
P1.6
P1.7
P2.0/A8
P2.1/A9
P2.2/A10
P2.3/A11
P2.4/A12
P2.5/A13
P2.6/A14
P2.7/A15
P3.0/RXD
P3.1/TXD