Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

1
LỜI NÓI ĐẦU

WX#"WXTrong những năm gần đây lónh vực điều khiển và truyền động điện đã phát triển mạnh mẽ.
Đặc biệt với sự phát triển của khoa học kỹ thuật điện tử tin học nói riêng đã khai thác tất cả
các ưu điểm nổi bật vốn có của động cơ không đồng bộ với động cơ một chiều
Với đồ án này em đã nêu ra một khía cạnh nhỏ trong lónh vực điều khiển động cơ không đồng
bộ roto lồng sóc.
“Thiết kế bộ biến tần 3 pha để điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ”
Nội dung và các chương trình mục như sau:

Chương 1: sơ lược về động cơ không đồng bộ .

Chương 2: tổng quan về các hệ thống biến tần, nguyên lý làm việc của các bộ biến tần.

Chương 3: mạch động lực, đi sâu vào nguyên lý làm việc của các thiết bò cũng như các phương
pháp tính toán chọn mạch và bảo vệ mạch, hệ thống điều khiển ứng dụng kỹ thuật xung số vào
mạch điều khiển để điều khiển hoạt động của mạch.

Chương 4: hệ thống điều khiển: ứng dụng kó thuật xung số vào mạch điều khiển để điều khiển
hoạt động của mạch
Tuy nhiên với trình độ có hạn không tránh khỏi những sai sót, em mong các thầy cô
thông cảm và đóng góp ý kiến để giúp em tiến bộ hơn.

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa điện –bộ môn tự động đo lường đã chỉ bảo
trong thời gian làm đề tài.

hutonline.netTài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

2
I-1.b Lỏi sắt
:
Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,35 mm đến 0,5 mm ghép lại.
Lỏi sắt là phần dẫn từ . Vì từ trường đi qua lỏi sắt là từ trường xoay chiều, nhằm giảm tổn hao do
dòng điện xoáy gây nên, mỗi lá thép kỹ thuật điện đều có phủ lớp sơn cách điện. Mặt trong của lõi
thép có xẻ rảnh để đặt dây quấn .
I-1.c Dây quấn
:
Dây quấn được đặt vào các rãnh của lỏi sắt và cách điện tốt với lỏi sắt. Dây quấn stato gồm có ba
cuộn dây đặt lệch nhau 120
o
điện.
I-2 Cấu tạo phần quay (roto):
I-2 a Trục
:
Làm bằng thép, dùng để đở lỏi sắt roto.
I-2-b Lỏi sắt
:
Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống như ở phần stato. Lỏi sắt được ép trực tiếp lên trục. Bên ngoài
lỏi sắt có xẻ rảnh để đặt dây quấn.
I-2.c Dây quấn roto:
Gồm hai loại: loại roto dây quấn và loại roto kiểu lồng sóc.
* Loại roto kiểu dây quấn :


B- NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ


Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n
1.
Có sự chuyển động
tương đối giữa roto và từ trường quay stato duy trì được dòng điện i
2
và mômen. Vì tốc độ của roto
khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.
Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt:

(1-1)
1
1
n
nn
S
−
=
Trong đó:

N là tốc độ quay của roto.
F
1
tần số dòng điện lưới.
P số đôi cực.
N
1
tốc độ quay của từ trường quay (tốc độ đồng bộ của động
cơ).
p
f
(1-4)
ϕ
cos..3
1
IUP =
2
1
2
11
3 IrP
d
=∆
Ngoài thành phần công suất điện từ còn có tổn hao trên điện trở dây quấn stato.

Tổn hao sắt:
(1-5)
st
st
PP
PPPP
đt1đt
∆∆ −−=
∆=∆
(1-6)

Công suất cơ ở trục là:
60
2

1
Công suất cơ của p
2
đưa ra nhỏ hơn p’
2
vì còn tổn hao do ma sát trên trục động cơ và tổn hao phụ
khác:
(1-10)
fcơ
pPPP ∆−∆==
22
'

Hiệu suất của động cơ:
)9,08,0(
1
2
÷==
P
P
η
(1-11)

C- CÁC ĐẠI LƯNG VÀ PHƯƠNG TRÌNH CƠ BẢN CỦA ĐỘNG CƠ.

1. Các đại lượng
1.a Hệ số trượt:
Để biểu thò mức độ đồng bộ giữa tốc độ quay của roto n và tốc độ của từ trường quay stato n
1.
Ta có :

/
oTrong đó :
(1-14)
)1(
60
1
1
1
snn
p
f
n
−=
=
(1-15)

1.b Sức điện động của mạch roto lúc đứng yên.
Trong đó:
(1-16)
m
WfKE Φ=
220220
44,4

từ mạch trong thông từ của đạïi cực số trò
m
φ

Sức điện động trên dây quấn roto lúc đó là:
Với f
2s
= s.f
1
thế vào (1-19), ta được:

2. Phương trình cơ bản của động cơ không đồng bộ ba pha.
6060
)(
1
1
11
2
pn
n
nnpnn
f
Xs
−
=
−
=
(1-21)
(1-20)
(1-19)
(1-18)
SKWfE
ms
Φ=

+++
=

Khi tốc độ động cơ n = 0 , theo (1-26) ta có s =1.
Nếu điện áp đặt lên cuộn stato u
1
= const thì biểu thức (1 –29) chính là quan hệ giữa dòng điện
roto đã qui đổi về stato i’
2
với độ s hay với tốc độ n.
(1-29)
Do đó biểu thức (1-29)
chính là phương trình đặc tính tốc độ
.
2.b Phương trình đặc tính cơ.

()
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡
++
⎟
⎠
⎞
⎜

Lấy đạo hàm của mômen theo hệ số trượt và cho dm/ds = 0.
Ta có hệ số trượt tương ứng với mômen tới hạn m
t
gọi là hệ số trượt tới hạn.

2
21
2
2
2
)'(
'
xxr
r
S
th
++
=
(1-36)

Do đó ta được biểu thức mômen tới hạn :
)(2
3
22
11
1
2
1
n
th

n
đm
Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

8
( )
ε
ε
2
12
++
+
=
s
s
s
s
M
M
th
th
th


1
thay đổi
thì s
t
= const và m
t
thay đổi tỉ lệ với u
1
2

. Khi thay đổi điện trở mạch roto bằng cách thêm điện trở phụ
(đối với động cơ không đồng bộ roto quấn dây) thì:
M
t
= const và s
t
tỉ lệ với r’
2
.
Khi xét đến điện trở trên mạch stato r
1
thì mômen tới hạn m
t
sẽ có hai giá trò khác nhau và
ứng với hai trạng thái làm việc của động cơ.
* s = 0 , n
1
< n là trạng thái hãm tái sinh động cơ làm việc như một máy phát.

22

(1-
44
)

* s > 0 , n
1
> n trạng thái làm việc của động cơ.

(1-45)
22
1
2
'
n
xr
r
s
+
=
tđ
)(2
3
22
11
1
2
1

3.c nh hưởng của số đôi cực p

Ta có :

p
f
1
1
2
π
ω
=
(1-47)
suy ra :

)1(
1
s−=
ωω
(1-48)
khi thay đổi số đôi cực thì tốc độ từ trường quay
1
ω
thay đổi, do đó tốc độ động cơ cũng thay
đổi .
3.d nh hưởng của thay đổi tần số lưới f
1
cấp cho động cơ không đồng bộ :
Theo (1-47) và (1-48) khi thay đổi f
1

1
tăng nhanh. Điều này không cho phép nên khi
thay đổi f
1
thì phải thay đổi u
1
theo 1 qui luật nào đó để động cơ không đồng bộ sinh ra được momen
như trong chế độ đònh mức.
4. Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ và các luật ;
4.a Điều chỉnh điện áp động cơ :
Momen của động cơ không đồng bộ tỉ lệ với bình phương điện áp stato nên có thể điều chỉnh
được momen và tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp trong khi giữ nguyên tần số.
4.b Điều chỉnh điện trở mạch roto :
Ta có : r = r
r
+ r
f
, khi tăng giá trò điện trở tổng r tức là làm tăng độ trượt tới hạn s
th
còn
momen tới hạn m
th
của động cơ không đổi.
4.c Điều chỉnh tần số nguồn cấp cho động cơ không đồng bộ :
Luật điều khiển tần số
Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi. Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể
tính được momen tới hạn :

2
0

thth
M
M
M
M
=
(1-50)
Luật điều chỉnh từ thông không đổi :
Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

10
Từ các quan hệ về dặc tính momen có thể kết luận rằng nếu giữ từ thông máy hoặc từ
thông của stato
s
φ
không đổi thì momen sẽ không phụ thuộc vào tần số và m
th
sẽ không thay đổi
trong toàn bộ quá trình điều chỉnh
Luật điều chỉnh tần số không trược .

2
22
)(1
.
2
3
ss
ss

4.f Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung :
ÂĐiều khiển biên độ
- Trong phương pháp này góc chuyển mạch được xác đònh bằng cách so sánh
Giữa tín hiệu hình sin mẫu e(t) với tín hiệu dựa thường dạng răng cưa u(t). Tần số tín hiệu u(t) càng
lớn lớn thì điện áp ra tải càng gần hình sin hơn. Ưu điểm nổi bật là vừa điều chỉnh được điện áp, vừa
làm sin hoá điện áp đặt vào động cơ.
- Với số lượng các xung có độ rộng thích hợp phương pháp điều chỉnh độ rộng
Xung có thể làm triệt tiêu các sóng bậc cao.
- Do vậy phương pháp này rất hay sử dụng.
- Với phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng biến tần thì
Không nhận điện áp từ lưới mà nhận điện áp từ nghòch lưu của biến tần
- Ta nhận thấy rằng sdd của dây quấn của stato trong động cơ không đồng bộ tỉ
Lệ với tần số đặt vào f
1
và từ thông
φ
:
11
fkE
φ
=

φ
không đổi, nghóa là thay đổi
1
1
f
U
=
φ
để cho động
cơ hoạt động tối ưu.
Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

12
- Nếu tần số f
1
giảm thì từ thông
φ
tăng, dẫn đến dòng điện từ hoá tăng.
µ
I
- Nếu tần số f
1
tăng thì từ thông
φ
giảm, dẫn đến dây quấn roto bò quá dòng .
- Mặt khác ta có :
constICM ==
22
cos

một chiều hay xoay chiều có tần số nhất đònh thành dòng điện xoay chiều có tần số điều khiển
được nhờ các khoá điện tử.
B- PHÂN LOẠI:

Biến tần được chia làm hai loại :
1. Biến tần trực tiếp :
Còn được gọi là biến là biến tần phụ thuộc. Thường gồm các nhóm chỉnh lưu điều khiển mắc song song
ngược cho xung lần lượt hai nhóm chỉnh lưu trên ta có thể nhận được dòng xoay chiều trên tải.
Như vậy điện áp xoay chiều u
1
(f
1
) chỉ cần qua một van
là chuyển ngay ra tải với u
2
(f
2
).
chỉnh lưu
lọc
Nghòch lưu
T1
Z tải
T2
Tuy nhiên, đây là loại biến tần có cấu trúc sơ đồ van
rất phức tạp chỉ sử dụng cho truyền động điện co công suất
lớn, tốc độ làm việc thấp. Vì việc thay đổi tần số f
2
khó khăn
và phụ thuộc vào f

Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

14
Là loại biến tần mà nguồn tạo ra điện áp một chiều là nguồn áp ( nghóa là điện trở nguồn bằng
0 ). Dạng của điện áp trên tải tuỳ thuộc vào dạng của điện áp nguồn, còn dạng của dòng điện trên tải
phụ thuộc vào thông số của mạch tải quy đònh.
Bộ biến tần nguồn áp có ưu điểm là tạo ra dạng dòng điện và điện áp sin hơn, dãi biến thiên
tần số cao hơn nên được sử dụng rộng rãi hơn.
Bộ biến tần nguồn áp có hai bộ phận riêng biệt, đó là bộ phận động lực và bộ phận điều khiển,
+ Phần động lực gồm có các phần sau :
Bộ biến đổi
( mạch động lực )
Điều khiển
U
2
, f
2
U
1
, f
1
- Bộ chỉnh lưu : có nhiệm vụ biến đổi dòng xoay chiều có tần số f
1

Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Cơng suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

15
CHƯƠNG III

MẠCH ĐỘNG LỰC

Chỉnh
Lưu
Lọc
Nghòch
lưu

Tả
i
I.
BỘ NGHỊCH LƯU:
Các van bán dẫn trong bộ nghòch lưu có thể là thyristo hoặc tranzito. Nhưng phù hợp và ưu việt
hơn ta dùng tranzito. Ưu điểm dễ thấy là bỏ được chuyển mạch cưỡng, hơn nữa các tổn hao đổi chiều
nhỏ hơn. Bộ nghòch lưu dùng tranzito có kích thước nhỏ và nhẹ hơn bộ nghòch lưu tương đương dùng
thyristo. Khuyết điểm của nó là đòi hỏi tác động liên tục vào cực gốc trong chu kỳ dẫn của tranzito,
một khuyết điểm nữa là điện áp đònh mức thấp hơn của thyristo. Tuy nhiên dùng tranzito công suất mở
rộng được phạm vi và phát huy các ưu điểm hơn thyristo do cải thiện được đại lượng đònh mức và giá

có nhiệm vụ đảm bảo điện áp nguồn ít bò thay đổi, mặt khác nó trao đổi năng lượng phản
kháng với cuộn cảm.
Phương pháp điều khiển các van tranzito thông thường nhất là điều khiển cho góc mở của van
là
và . đây ta xét góc dẫn ới tải đấu sao như thiết kế bằng cách xác đònh điện
áp trên tải trong từng khoảng thời gian 60
o
180=
λ
o
120=
λ
o
(vì cứ 60
o
có một sự chuyển tạng thái mạch ) với nguyên
tắc van nào dẫn coi là thông mạch. Nhìn chung sơ đồ này có dạng một pha tải nối tiếp với 2 pha đấu
song song nha. Do vậy điện áp trên tải sẽ chỉ có giá trò là u
z
/3 (khi một pha đấu song song, với 1
trong 2 pha còn lại) hoặc
. Với giả thiết là tải đối xứng.
3/2
z
U
¾ Nguyên tắc chuyển mạch :
Cho góc mở của mỗi tranzito là 180
o
và cứ 60
o


Xét quá trình chuyển mạch từ t5 sang t2 tương ứng khoảng từ (
oo
600 ÷
) sang
(
)
oo
12060 ÷
Trong khoảng (
) thì t1, t5, t6, dẫn. Chiều dòng điện trên tải được xác đònh theo
chiều mũi tên, đến thời điểm 60
oo
600 ÷
o
thì đảo trạng thái từ t5 sang t2. Do trên tải zc mang tính cảm nên
dòng điện không đảo ngay lập tức mà năng lượng tích luỹ trong zc duy trì theo chiều cũ một thời gian,
lúc đó buộc dòng diện duy trì phải thoát qua diod d
2
, qua tải về âm nguồn đến lucs dòng điện đổi chiều
sẽ mang dòng điện duy trì thì d
2
khoá. Quá trình chuyển mạch kết thúc.
Cũng lý luận tương tự ta được chuyển mạch h.b đến h e.
Tài liệu này được upload và download tại website:
Đồ án Điện Tử Công suất Nguyenvanbientbd47@ gmail.com

17