MỤC LỤC
Lời nói đầu

Trang
2

Chương I. Những lí thuyết cần tìm hiểu
1.1. Vài nét về động cơ không đồng bộ ba pha

3

1.2. Nguyên lí hoạt động của động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

6

rotor lồng sóc.
1.3. Đặc tính cơ và các thông số ảnh hưởng tới đặc tính cơ

7

1.4. Bộ điều áp 3 pha

17

Chương II. Cấu trúc điều khiển hệ thống
2.1. Đề xuất cấu trúc điều khiển

20

2.2. Xây dựng mô hình động cơ KĐB rotor lồng sóc



1


Lời mở đầu
Nước ta đang trong quá trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp hoá hiện đại
hoá. Đất nước ta đang ngày càng đòi hỏi rất nhiều những ứng dụng mạnh mẽ các
thành tựu của khoa học kỹ thuật vào quá trình sản xuất để đưa lại năng suất lao
động cao hơn, cạnh tranh được với các nước trong khu vực và thế giới.Tự động hoá
trong sản xuất với việc áp dụng những thành tựu công nghệ mới nhằm nâng cao
năng xuất, hạ giá thành sản phẩm, không những là yêu cầu bắt buộc mà hơn nữa
còn được xem như một chiến lược đối với các nhà máy, xí nghiệp cũng như toàn bộ
nền sản xuất công nghiệp của mỗi quốc gia.Những lý thuyết về điều khiển cũng lần
lượt ra đời góp phần không nhỏ trong việc xây dựng các nguyên lý điều khiển tối
ưu các hệ thống truyền động trong công nghiệp. Sự bùng nổ tiến bộ kĩ thuật trong
lĩnh vực điện-điện tử -tin học những năm gần đây đã dẫn đến những thay đổi sâu
sắc cả về mặt thuyết lẫn thực tế lĩnh vực truyền động điện tự động. Trước hết phải
kể đến sự ra đời và ngày càng hoàn thiện các bộ biến đổi điện tử công suất, với kích
thước gọn nhẹ, độ tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với các mạch điều khiển
dùng vi điện tử, vi xử lí...Phần lớn các mạch điều khiển này dùng kĩ thuật số với
chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số hoặc điều
khiển, vì vậy tăng độ tác động nhanh và độ chính xác cao cho hệ truyền động. Điều
này dẫn đến việc chuẩn hóa chế tạo các hệ truyền động hiện đại có nhiều đặc tính
làm việc khác nhau, dễ dàng ứng dụng theo yêu cầu công nghệ sản xuất.
Dựa vào thực tế đó em đã thực hiện đề tài “Xây dựng bộ điều khiểm ổn định
tốc độ cho động cơ dị bộ rotor lồng sóc với mạch động lực sử dụng bộ điều áp
xoay chiều ba pha” dưới sự hướng dẫn của thầy Trần Tiến Lương.Trong một thời
gian tương đối ngắn do vậy bài tập lớn này chắc chắn không khỏi những thiếu sót,
với sự nỗ lực của bản thân , em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy
cô giáo cùng toàn thể các bạn để bài tập lớn này hoàn thiện hơn !



+ Dây quấn: Được quấn thành từng các mô bin, mà các cạnh của các mô bin
đó được đặt vào các rãnh của lõi thép stato .
+ Vỏ máy: Để bảo vệ mạch từ và giữ chặt lõi thép stato ,vỏ có dạng trụ
rỗng,làm bằng nhôm (máy công suất nhỏ) hoặc bằng gang , thép đối với (máy công
suất lớn). Vỏ máy có chân đế cố định máy trên bệ , hai đầu có nắp máy để đỡ trục
rôto và bảo vệ dây quấn
- Phần quay: Gồm lõi thép , trục, và dây quấn
+Lõi thép rôto: cũng được dập từ các lá thép kĩ thuật điện có dạng hình
tròn và mặt ngoài của các lá thép đó được dập rãnh để đặt cuộn dây, còn ở giữa
được dập lỗ tròn để lồng trục máy
+Trục máy: Được làm bắng thép tốt và được lồng cứng với lõi thép rôto.
Trục được đỡ trên nắp máy nhờ ổ lăn hay ổ trượt
+Dây quấn: Tuỳ theo động cơ không đồng bộ mà ta chia ra rôto dây quấn
hay rôto lồng sóc:
~ Rôto kiểu dây quấn : Rôto dây quấn có kiểu giống như dây quấn stato
và có số cực bằng số cực ở stato. Trong động cơ trung bình và lớn dây quấn được
quấn theo kiểu sóng hai lớp để bớt được các đầu nối, kết cấu dây quấn chặt chẽ.
Trong động cơ nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm một lớp . Dây quấn ba pha của
động cơ thường đấu hình sao, ba đầu ra của nó nối với ba vòng trượt bằng đồng
thau gắn trên trục của rôto. Ba vòng trượt này cách điện với nhau và với trục, tỳ
trên ba vòng trượt là ba chổi than. Thông qua chổi than có thể đưa điện trở phụ vào
mạch rôto, có tác dụng cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ, hệ số công
suất được thay đổi .
~ Rôto lồng sóc: Kết cấu rất khác với dây quấn stato các dây quấn là
các thanh đồng hay thanh nhôm đặt trên các rãnh lõi thép rôto. Hai đầu các thanh
dẫn nối với các vòng đồng hay nhôm gọi là vòng ngắn mạch. Như vậy dây quấn
rôto hình thành một cái lồng quen gọi là lồng sóc.
4

điện áp ba pha vào 3 pha dây quấn , 3 pha đạt đối xứng trong lõi thép stator, khi đó
trong khe hở không khí xuất hiện từ trường quay mà thành phần bậc 1 của từ
trường này quay với tốc độ góc là :
ϖ1 =

2Π f
p

(1.1)
Trong đó : f là tần số dòng điện cáp cho stator
p là số đôi cực của dây quấn stator.
Đồng thời từ trường Stator này làm cảm ứng ra các dòng điện vòng trong các
thanh dẫn roto (đối với loại roto lồng sóc) hoặc các cuộn dây Roto (đối với loại roto
dây quấn). Các dòng điện Roto này đặt trong từ trường stator quay nên sinh ra lực
điện từ (lực Lorentz). Tổng các lực này tạo ra momen quay Rotor , Rotor quay
cùng hướng với từ trường Stator quay.
Lúc đầu khi từ trường stator đã sinh ra thì Rotor tăng tốc nhanh để cố gắng bắt
kịp từ trường quay đó, đồng thời từ trường quay quét qua Rotor càng giảm nên sức
điện động cảm ứng phái Rotor sẽ giảm dần và dòng điện Rotor cũng giảm theo.
Nếu tốc độ Rotor bằng tốc độ từ trường quay thì lúc đó sẽ không có lực điện
từ được sinh ra và Rotor quay chậm lại. Do đó tốc độ Rotor không thể bằng tốc độ
đồng bộ, tốc độ đồng bộ phụ thuộc vào tần số nguồn điện cấp và số đôi cực của
động cơ, sai khác giữa 2 tốc độ gọi là tốc độ trượt.
* Ứng dụng, ưu và nhược điểm của động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha
rotor lồng sóc
Ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp từ công suất nhỏ đến công suất trung bình.
Chiếm tỉ lệ lớn so với động cơ khác, nhờ những ưu điểm :

6


Hình 1.4. Sơ đồ thay thế một pha động cơ không đồng bộ
Trong đó U1 : trị số hiệu dụng của điện áp ba pha stato
+ Rth , R1 , R2’ là điện trở tác dụng từ hoá , điện trở stato và điện trở rôto
đã quy đổi về phía stato.
+ X th, X1 , X2’, là điện kháng mạch từ hoá điện kháng tản stato và điện
kháng rôto đã quy đổi về phía stato.
+I th ,I1, I2’ là các dòng điện từ hoá,dòng điện stato, dòng điện rôto đã
quy đổi về stato.
Với hệ số quy đổi như sau:
X’2 = Ku2.X2

I’2 = Ki I2

;

;

R2’ = Ku2 R2

Trong đó :

Kdq1,Kdq2: hệ số dây quấn stao và rôto
U1 : điện áp định mức đặt vào dây quấn stato
Ew : sức điện động định mức của rôto
I1'
KI =
I1

ω −ω
ω


)

' 2
2

S = 0 ⇒ I2’ = 0 ( ω = ω1)
8


S=1

⇒I =
’
2

U
(R + R )
1

2

1
2

+

X

2


1

( R1 + R2 ) 2 + X nm


U 1



9


Hình 1.6 . Đặc tính dòng điện stato của động cơ không đồng bộ .
Để xây dựng phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào
điều kiện cân bằng công suất trong động cơ.
Ta có công suất điện từ chuyển từ stato sang rôto là:
Pđt = M.ω1 (1.2)

với M : Là mômen điện từ của động cơ

Giả sử bỏ qua tổn thất phụ thì : M = M cơ
Công suất Pđt chia làm hai phần:
Pcơ :Công suất cơ đưa ra trên trục động cơ : Pcơ = Mcơ .ω(1.3)
∆Pω2 : Công suất tổn hao đồng trong rôto :

Với : I2’ =

U
(R + R )


'

. R2

1
' 2
2

S 


+

X

2
nm

2

M (ω1 -ω ) = 3.



 R1


U


1

s=

thay vào phương trình (1.6)

3U 12 R2'
2


R2' 
2
 + X nm

sω1  R1 +
s 



Ta có M =

Đây là phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ.
Để vẽ đường dặc tính cơ của động cơ cần phải tìm ra các điểm tới hạn thông qua

dM
dS

việc giải phương trình:

=0


)

Dấu “ + “ ứng với trạng thái động cơ . Dấu “ - “ ứng với trạng thái máy phát .
Khi ngiên cứu các hệ truyền động của động cơ không đồng bộ người ta quan tâm
nhiều đến trạng thái làm việc của động cơ.
Với những động cơ công suất lớn lớn thường R 1 rất nhỏ so với Xnm nên lúc này
co thể bỏ qua R1 nghĩa là R1 = 0. Do đó:

Sth = ±

R
X

'

2

1

2

nm

3 U
2ω X

;

Mth =±

M =

th

11


Khi xét S > Sth


 + X nm

sω1  R1 +




Ta thấy các thông số anh hưởng đến đặc tính cơ bao gồm:
- Điện áp nguồn U1
- Tần số lưới điện cấp cho động cơ
- Điện trở mạch rôto
12


- Ảnh hưởng P
- Ảnh hưởng của R1 ,X1
* Ảnh hưởng của điện áp nguồn cấp cho động cơ
Điện áp nguồn U1: Thay đổi bằng cách sử dụng bộ điện áp xoay chiều
Các tham số còn lại là hằng số, khi U 1 giảm →( Mth ) Mômen tới hạn sẽ giảm
bình phương lần độ suy giảm của điện áp. Mth giảm ∼ U12 giảm

Trong khi đó tốc độ đồng bộ:

ω1 =

2π .f
P

1



2f

R +R
X
nm

1

= const , Mth = const

→ dòng điện mở máy giảm

a)

b)

Hình 1.9 a. Sơ đồ đấu dây , b. Đặc tính cơ
Vậy R1 càng tăng,dòng điện khởi động càng giảm,Mkđ tăng lên.Sau đó mômen
khởi động sẽ giảm. Do đó căn cứ vào điều kiện khởi động và đặc điểm của phụ tải
mà chọn điện trở cho thích hợp.
* Ảnh hưởng của tần số lưới điện f1 cấp cho động cơ:
Thay đổi bằng cách sử dụng bộ biến tần dùng cho cả động cơ dây quấn và lồng
sóc.

Xuất phát từ biểu thức :ω1 =

2π .f
P


2

X1 = ω1L1 ; X2’ = ω1L2’
Mômen tới hạn sẽ giảm theo quy luật:

U
2
8 π2f1
↓ Mth =

P

2

2

≈

1

(L + L )
'

1

1

f

2


= const thì Mth giữ ở không đổi

- Khi f1> f1đm thì Mth tỉ lệ ngịch với bình phương tần số
Khi tăng giảm tần số f 1 cấp cho động cơ chủ yếu để điều chỉnh tốc độ động cơ
trường hợp mở máy rất ít dùng hoặc có dùng thì dùng riêng.
* Ảnh hưởng của số đôi cực P .
Để thay đổi số đôi cực ở stato ngưới ta thường thay đổi cách đấu dây:

Từ công thức: ω1 =

2π .f
P

1

và

ω = ω1( 1- s )

Ta thấy thay đổi số cặp cực Pthì ω1 thay đổi dẫn đến tốc độ động cơ thay đổi
. Giá trị Sth không phụ thuộc vào P nên không thay đổi khi đó độ cứng đặc tính cơ
giữ nguyên .Nhưng khi thay đổi số đôi cực sẽ phải thay đổi cách đấu dây ở stato
nên một số thông số như U1 (điện áp vào stato) R1 , X1 có thể thay đổi do đó từng
trường hợp sẽ ảnh hưởng khác nhau đến mômen tới hạn M th của động cơ .

a)

b)




Hình 1.13: Một số sơ đồ điều áp bap ha
Đối với sơ đò tải đấu sao có dây trung tính, thực chất đây là 3 sơ đồ điều áp 1pha
dịch 120o, không có dòng điện chạy giauwx cái pha với nhau. Sơ đồ này chỉ phù
hợp với tải có 4 đầu dây ra.
Hai sơ đồ tải đấu sao không có dây trung tính và sơ đồ tải đấu sao thì dòng điện
saẽ là dòng chạy giữa các pha với nhau, tùy từng thời điểm mà có thể có dòng trong
cả 2 pha hoặc 2 pha. Đối với hau sơ đồ này thì tùy thuộc vào loại tải đấu sao hay
tam gíc mà chọn phù hợp.
Trong trường hợp tải là động cơ, 3 cuộn dây stato đấu sao, ta chon sơ đồ tải đấu
sao không cơ dây trung tính và tiến hành với tíanh toán các thông số cần thiết với
sơ đồ này.
18


1.4.2. Hoạt động của bộ điều áp 3pha
Xép sơ đồ 3pha tải đấu sao hông có dây trung tính.

Hình 1.14: Sơ đồ điều áp 3 pha tải đấu sao không có dây trung tính
Đối với điều áp 3 pha, điện áp ra không đơn giản như điều áp 1 pha, không thể
xác định một dạng chung nhất naof của điện áp ra ví nó phụ thuộc nhiều vào tính
chất của tải (φ) và góc mở α. Xét điện áp ra của một pha, ví dụ pha A, điện áp ra sẽ
theo nguyên tắc sau:
- Nếu cả 3 pha cùng có van dẫn, trung tính giả sẽ thành trung tính thật, điện áp ra

UA1 = UA
- Khi chỉ hai pha có van dẫn, trong đó có van của pha A, điện áp ra UA1 = 1/2UAB

= 1/2UAC

ĐCKĐB điều khiển tựa theo từ thông rotor.

Thành phần của cấu trúc bao gồm:
+ĐCKĐB được nuôi bởi biến tần nguồn áp
+Điều chỉnh dòng isd, isq bằng 2 khối điều chỉnh dòng riêng biệt kiểu PI
+Khối CTĐu ( chuyển hệ toạ độ điện áp) để chuyển toạ độ u sang αβ trước khi đưa
vào khối ĐCVTKG và khối chuyển toạ độ uvw sang αβ , αβ sang d,q
+Khối MTu để tính điện áp usd , usq từ đầu ra của khối điều chỉnh dòng

21


+Khối MTi để tính isd , isq từ giá trị

ψ rd

và

mM

+Khối để điều chỉnh tốc độ động cơ
2.2 Xây dựng mô hình động cơ KĐB rotor lồng sóc
2.2.1. Hệ phương trình cơ bản của động cơ
Vì cấu trúc phân bố các cuộn dây phức tạp về không gian, vì cá mạch từ móc vòng ta giả
thiết các điều kiện sau đây trong khi mô hình hóa động cơ:
- Các cuộn dây Stator được bố trí một cách đối xứng về mặt không gian.
- Các tổn hao sắt từ và bão hòa từ có thể bỏ qua.
- Dòng từ hóa và từ trường được phân bố hình sin trên bề mặt khe từ.
- Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không.
Ta có phương trình điện áp stator :


mM =

(

)

(

3
3
pc ψ s × i s = − pc ψ r × i r
2
2

)

Phương trình chuyển động:
22


mM

Jdω
= mT +
p c dt

Trong đó:
- mT: momen tải.
- J: momen quán tính cơ.

iw = ( −isα − 3.isβ )
2
iv =

• d,q αβ

isα= isdcosθ - isqsinθ
isβ= isdsinθ + isqcosθ

2.2.3. Mô hình của động cơ trên hệ tọa độ từ thông roto ( hệ tọa độ dq)
Khi chiếu trên hệ tọa độ này thì được các phương trình từ thông vẫn không
đổi, chỉ có cá phương trình điện áp thay đổi như sau:
- Tọa độ từ thông rotor quay tốc độ ωs so với stato.
- Hệ tọa độ chuyển động vượt trước so với rotor một góc ωr = ωs -ω.
Từ đó ta thu được hệ phương trình: