Bài giảng Thiết bị điều khiển và máy điện - Chương 5: Điều chỉnh tự động truyền động điện động cơ không đồng bộ

ng cơ có số vòng dây quẩn roto và stato là 
như nhau.ở chế độ xác lập ta có :











s
U
U
r
s


5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Ta có sơ đồ khối hệ nối tầng
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Giải phương trình trên ta tìm được vecto dòng 
điện roto :
 độ trượt không tải lý tưởng : 
So = = = 
 Trong đó Urd0– Sức điện động chỉnh lưu 
không tải mạch roto
 Um Biên độ điện áp pha stato 
 rMe
r
M
r
r
M
r
LL
s
R
JL
U
s
U
JL
I






5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Với Udr0= sEnm.Kcl = sKư.UM.Kcl
 Nếu bỏ qua tổn thất trên roto thì công suất điện từ 
của động cơ là
Pđt = Pcơ + Ptrượt = 
 Trong đó khi 0 ≤ Idr ≤ Idrmax
 Với
 Idrmax có khi ngắn mạch
đầu ra chỉnh lưu
r
r
r
r
s
U
I
s
R
cos2 
max
r
65,1
1cos
dr
dr
I
I

BAeLrrs
Nodr
LRRL
UU





 2
3
2
3
cos
I 0dr



rrs
dr
RL
U
2
3
I 0dr




5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Cosφ được gọi là hệ số công suất của mạch roto
 Idr: Dòng một chiều do chênh lệch sđđ chỉnh lưu & 
nghịch lưu.
 LBA là điện kháng 1 pha của biến áp
 Từ thông máy khi bỏ qua Rs và Ls là
ψ = -Um /e
 Trong trường hợp chọn trục tọa độ Ox trùng với 
trục của vecto từ thông thi moment sẽ là : 
 Trong đó: 
yr
e
m i
U
2
3
M 
rdrrryr cosI
3
2 cosI i 

 
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Udro – UdNo = Idr(1+pT1)R1
Trong đó 
 R1 = RL + 2(Rr + RBA)
 L1 = LL + 2(LBA + Lro)
 Tl = L1/R1
 Với LBA RBA là điện kháng tản và điện trở trên 
1 pha của máy biến áp
 Từ phương trình trên ta thành lập được mô 
hình hệ thống nối cấp và tuyến tính hóa nó ta 
được sơ đồ:
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Tuyến tính hóa hệ thống nối cấp
5.6 Điều chỉnh Ptrượt bằng hệ nối tầng 
 Nguyên lý điều chỉnh công suất trượt thường 
áp dụng cho các truyền động công suất lớn, 
ít dừng máy, đảo chiều và khởi động lại. vì 
khi đó việc tiết kiệm điện năng có ý nghĩa lớn 
hơn.Phạm vi điều chỉnh tốc độ của hệ thống 
không lớn lắm và moment của động cơ bị 
giảm tốc độ thấp 
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
 Các hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay 
chiều có yêu cầu cao về dải điều chỉnh và tính 
chất động học chỉ có thể thực hiện được với 
các bộ biến tần.
 Các hệ này sử dụng động cơ không đồng bộ 
roto lồng sóc có kết cấu đơn giản,vững 
chắc,giá thành rẻ,có thể làm việc trong mọi môi 
trường.
 Nhược điểm cơ bản của hệ thống này là mạch 
điều khiển rất phức tạp 
5.7. Điều chỉnh động cơ không đồng bộ
 Có thể chia ra thành các loại bộ biến tần sau:
 Biến tần trực tiếp,là biến tần có tần số đầu ra luôn 
nhỏ hơn tần số lưới fl : fs = ( 0 0,5 )fl thường 
dùng cho truyền động có công suất lớn.
 Biến tần gián tiếp nguồn áp, thường dùng cho 
truyền động nhiều động cơ.Đối với biến tần nguồn 
áp yêu cầu chất lượng điện áp cao thường dung 
các biến tần có điều chế xung rộng.
 Biến tần nghịch lưu độc lập nguồn dòng,thích hợp 
cho truyền độn đảo chiều,công suất động cơ 
truyền động lớn.
5-7.1 Luật điều chỉnh giữ khả năng quá tải không đổi
 Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato thì có thể 
tính được moment tới hạn như sau :
 Điều kiện giữ khả năng quá tải về moment 
không đổi là : =>
 Dạng đặc tính cơ (gần đúng)
 Khi truyền động ổn định thì M = Mc nên:
x
mođ
o )(M Mc mcđ



2/1
msđ
s )( 
U
U x
mođ
o 


5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
nếu giữ từ thông máy ψ hoặc từ thông stato ψs
không đổi thì moment sẽ không phụ thuộc vào 
tần số và moment tới hạn sẽ không đổi trong toàn 
bộ dải điều chỉnh.
Nếu coi Rs= 0 thì:ψs =Us/o = Usđm/ođm= const 
 Tuy nhiên ở vùng làm việc tần số thấp khi mà 
sụt áp trên điện trở stato có thể so sánh được 
sụt áp trên điện cảm tản mạch stato khi đồng thời 
từ thông cũng giảm đi và do đó mômen tới hạn 
cũng giảm.
5-7.2 . Luật điều chỉnh từ thông không đổi
 Khi đó ta có:
 Với Tr=Lr /Rr
 Mà LM=(Ns/Nr)M Vậy suy 
ra M chỉ còn phụ thuộc vào 
biên độ dòng roto
2).(1 sr
M
mrđ
s T
L
I 


5.7.3. Luật điều chỉnh tần số trượt không đổi
 Momen động cơ M =
Tr = Lr /Rr
 Khi đó giữ s= const thì M phụ thuộc vào Is
2
mà 0 phụ thuộc vào tần số nguồn
 Như vậy nếu giữ thì M luôn bằng 
Mth của đặc tính.Trong trường hợp này ta gọi 
là luật điều chỉnh sao cho động cơ sinh ra M 
tối đa ứng với giá trị cho trước của dòng điện 
stato. 
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
1.Đặc tính của động cơ khi cấp từ nghị lưu áp
- Khi các khóa bán dẫn được đóng cắt theo trật tự 
nhất định thì tạo điện áp xoay chiều 3 pha đặt lên 
động cơ ĐK. Điện áp dây của nghịch lưu là các 
xung chữa nhật có độ rộng 2/3 và thỏa mãn điều 
kiện phân tích chuỗi điều hòa Fourie.
- trong đó k=1 + 6c ; c = 0,1 , 2 ,
 Vectơ điện áp ĐK có thể biểu diễn như sau :
; k = 1,2,3..3/. jkds eUU 
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
- Do có 6 lần chuyển mạch trong một chu kỳ của 
điện áp và dòng điện nên mặc dù từ thông máy 
là hình sin mômen vẫn có đập mạch. tần số 
đập mạch của mômen sẽ là :
fm = fs – kfs = 6c.fs
- Mômen toàn phần của động cơ sẽ là :
M = n =6c
- Trong đó là mômen trung bình 
- Mmax.n là biên độ mômen đập mạch bậc n, 
trong đó mômen bậc 6 (c=1) giá trị lớn hơn cả .
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
 biên độ dao động tốc độ
 Biên độ dao động tốc độ phụ thuộc vào giá trị 
của mômen quán tính J của hệ và vào biên độ 
và tần số của đập mạch mômen 
2. Cấu trúc hệ thống điều chỉnh từ thông stato
 Là giữ từ thông máy luôn không đổi và bằng 
giá trị từ thông định mức,như vậy có thể khai 
thác hết công suất mạch từ của ĐK
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
Dựa vào biểu thức tính toán M và dòng điện có 
thể thành lập được sơ đồ khối của hệ thống với: 
M =
có thể tuyến tính hóa các phương trình này áp dụng 
chuẩn tối ưu để thiết kế các bộ điều chỉnh tuyến tính
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
 3. Khảo sát ổn định của hệ thống biến tần –
động cơ không đồng bộ
a)Biến tần nguồn áp
- Hệ phương trình mô tả ĐK có tính đến tổng trở 
của biến tần. (1)
(2)
- Trong đó
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
Nếu định nghĩa hàm truyền G(p) =
⊗ G(p)
1/Jp
Mc M
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
Sau khi tuyến tính hóa thì tính chất ổn đỉnh của 
hệ thống kín có thể đươc đánh giá thông qua 
đặc tính tần số của hàm truyền hệ hở
 Do hàm G(p) là phức tạp nên việc dựng đặc 
tính tần số của nó phải nhờ vào máy tính số
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
b) Biến tần nguồn dòng
Khi đó G(p) = 
4. Điều khiển trường định hướng
 Nội dung cơ bản của phương pháp điều chỉnh 
trường định hướng dựa trên sơ đồ điều chỉnh 
toàn phần dòng điện động cơ 
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
a) Các phương trình cơ bản
- ĐK rôto lồng sóc
- Với δ là góc lệch 
Giữa is và ψr
Hay giữa ei và eψ
dδ/dt = ωei – ωeψ = ωsi – ( ω + ωs )
Ở chế độ xác lập dδ/dt = 0



 

sin.
2
3
2
3
2
3
;
1
2
sr
r
m
sysx
r
m
s
r
r
r
r
rsx
r
m
r
i
L
L
ii
L
L
R
M
R
L
Ti
pT
L





5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
b) Các mô hình tính toán chuyển vị.
Trong thiết kế các hệ thống điều chỉnh trường 
định hướng thường liên tục sử dụng các khối 
chức năng chuyển vị các đại lượng điện từ qua 
lại giữa các hệ tọa độ. 
Định lý 1: Nếu biên độ từ thông roto là 0 đổi thì 
vecto d điện roto sẽ vuông góc với vec tơ từ 
thông ψr và ngược lại
Định lý 2: Nếu các thành phần dòng stato và tần 
số cho như sau:
5.7.4.Điều chỉnh tần số điện áp động cơ không đồng bộ 
Trong đó isx là hằng số isy tỷ lệ cới giá trị đặt của 
M thì dòng roto se có các thành phần tương 
ứng là:
sy
sxs
s
e
sysxs
sysxs
i
iL
R
iii
iii
.
.
cos.sin.
sin.cos.






















2
sin.
2
cos.






sy
r
M
r
sy
r
r
i
L
L
i
i
L
L
i
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
 a. Nội dung phương pháp
Điều chỉnh trực tiếp moomen động cơ không đồng 
bộ là phương pháp rất mới, trong đó việc phối hợp 
điều khiển bộ biến tần và động cơ không đồng bộ 
là rất chặt chẽ. Logic chuyển mạch của biến tần 
dựa trên trạng thái điện từ của động cơ mà không 
cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần. Do 
sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến và các phần 
tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều 
chính trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra 
thay đổi rất nhanh 
 Phần cốt lõi của phương pháp được mô tả trên 
hình
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
Kỹ thuật điểu khiển trực tiếp momen như sau:
Logic chuyển mạch của các khóa bán dẫn lực 
thực hiện việc tăng hay giảm momen còn giá trị 
tức thời của từ thông stato được điều chỉnh sao 
cho momen động cơ đạt được giá trị mong 
muốn. Vecto từ thông stato này lại được điều 
chỉnh nhờ điện áp cung cấp cho nghịch lưu. 
Hay nói cách khác là logic chuyển mạch tối ưu 
xác định cho ta vecto điện áp tối ưu tùy thuộc 
vào sai lệch momen. Biên độ của vecto từ 
thông stato cũng được tính đến khi chọn logic 
chuyển mạch 
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
 B) Mô hình động cơ
 Mô hình động cơ thành lập theo các phương trình cơ 
bản đã nêu trong phần mô tả toán học của động cơ 
không đồng bộ và sử dụng các phân tử có tính toán 
cao. 
 Mô hình động cơ tính toán ra các giá trị thực của 
mômen và từ thông dùng cho việc điều chế, nó cũng 
tính ra tốc độ quay của của rôto và tần số dòng điện 
stato để dùng cho mạch vòng điều chỉnh bên ngoài.
 Mô hình động cơ còn có chức năng nhận dạng thông 
số của động cơ, tín hiệu đo lường chỉ gồm dòng điện 
hai pha của động cơ và giá trị tức thời của điện áp 
mạch một chiều 
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen
5.7.5. Điều chỉnh trực tiếp Mômen