Bài giảng Truyền động điện - Chương 4: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ (Phần 2)

 2' '2 2
2 2
1
m m
RR XX
sas
R RX X X X
as s
                                       
Đẳng thức này dẫn đến: 
sa = s1 
Hay: 
1db dbas s  
 Tốc độ trượt tại tần số afđm = Tốc độ trượt tại tần số fđm = sl 
Nghĩa là quan hệ 1I ( )sl để động cơ làm việc với từ thông không đổi tại tần số định mức 
cũng đúng với mọi tần số khác. 
11/9/2014
23
45
ĐC KĐB & Biến tần nguồn dòng 
-15 -10 -5 0 5 10 15
0
10
20
30
40
50
60
I 1
(A
)
46
ĐC KĐB & Biến tần nguồn dòng 
Momen động cơ khi hoạt động với tần số khác định mức: 
  
   
2 2 '
1 2
2 2' '
2 2
3 m
db m
I X R sa
M
R sa X X   
Với: a = f/fđm 
11/9/2014
24
47
ĐC KĐB & Biến tần nguồn dòng 
-400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400
0
50
100
150
200
250
300
350
(r
ad
/s
)
48
ĐC KĐB & Biến tần nguồn dòng 
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
0
20
40
60
80
100
120
140
160
M(Nm)
(r
ad
/s
)
Đặc tính động cơ không đồng bộ 
hoạt động với biến tần nguồn dòng (vẽ tại tần số định mức)
I1 = 1.25 IđmIđm
0.5Iđm
0.25Iđm
11/9/2014
25
49
ĐC KĐB & Biến tần nguồn dòng 
+
-
Id*
đ
Chỉnh 
lưu 
Nghịch 
lưu
f
sl
+
+
Hồi tiếp tốc độ
+
-
Khâu hiệu chỉnh
vòng tốc độ 
Khâu hiệu chỉnh
vòng dòng điện 
Iht
Mạch 
kích
Hồi tiếp dòng
Khối tạo hàm
điều khiển từ thông 
50
ĐIỀU KHIỂN CÔNG SUẤT TRUỢT
ĐỘNG CƠ ROTOR DÂY QUẤN
• Điều khiển xung điện trở rotor
• Hệ nối tầng tĩnh
11/9/2014
26
51
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Các giả thiết khi giải tích hệ thống: 
1. Bỏ qua hiện tượng trùng dẫn xảy ra trong cầu chỉnh lưu diode, 
2. Dòng Id xem là liên tục và phẳng 
3. Momen động cơ sinh ra do sự tương tác giữa hài bậc 1 của dòng rotor và từ thông 
trong khe hở không khí giữa stator và rotor, 
4. Tổn hao trên cầu diode và khóa bán dẫn không đáng kể 
52
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Năng lượng hấp thụ bởi R trong một chu kỳ T: 
2 ( )R d onW I R T t  
Công suất trung bình hấp thụ bởi R: 
2 21 ( ) (1 )R d on dP I R T t I RT
    với /ont T  
Giá trị đẳng trị của điện trở R: 
* (1 )R R   
11/9/2014
27
53
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
R*
LdRd
Vd
+
-
Id
54
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
11/9/2014
28
55
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Giá trị hiệu dụng của dòng pha rotor: 
2
3rms d
I I 
Giá trị hiệu dụng của hài bậc 1 dòng pha rotor: 
2
6
dI I 
Suy ra: 
2
3
rmsI I 
Công suất tiêu thụ trên 1 pha rotor: 
   2 21 (1 ) 0.5 (1 )
3e d d d rms
P R R I R R I       
Điện trở đẳng trị trên mỗi pha rotor: 
 * 0.5 (1 )dt dR R R    
56
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Mạch tương đương của động cơ khi họat động với hệ xung điện trở suy ra trên nguyên tắc
bảo tòan công suất, bao gồm: 
1. Công suất cơ do hài bậc 1 của dòng rotor gây ra, 
2. Tổn hao trên điện trở do hài bậc 1 và sóng hài gây ra. 
Công suất điện từ truyền qua khe hở không khí = Công suất tiêu thụ bởi mạch rotor 
2 *
2 r 23 cos 3 ( )dt rms dt cP EI I R R P    
Mà: 2
3
rmsI I 
Nên: 
2
2 *
2 r 2 2
2
2 *
2 r 2 2
3 cos ( )
3
cos ( )
9 3
dt c
c
dt
EI I R R P
PEI I R R


  
   
11/9/2014
29
57
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Công suất trượt tương ứng với dòng hài cơ bản (bậc 1) của dòng rotor: 
2 *
1 2 23 ( )dt dtsP I R R  
Trong đó: 
Pđt1: Công suất điện từ ứng với hài cơ bản của dòng rotor, 
Công suất cơ sinh ra bởi hài cơ bản của dòng rotor: 
2 *
2 2
(1 )(1 ) 3 ( )c dt dt
sP s P I R R
s
    
Từ đó, ta có công suất điện từ truyền qua khe hở không khí là: 
*2
* 2 22
2 r 2 2 2
( )cos 1 ( )
9
fdt
dt h
RR REI R R I R I
s s
                   
58
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
V
R1 X1 X’2
'
fR
s
Xm
I1 I’2
Im
E
R’h
Mạch tương đương 1 pha của ĐC KĐB 
khi sử dụng mạch điều khiển xung điện trở rotor
11/9/2014
30
59
ĐIỀU KHIỂN XUNG ĐIỆN TRỞ ROTOR
Mạch tương đương 1 pha của ĐC KĐB 
khi sử dụng mạch điều khiển xung điện trở rotor
2
*
2
*
2
1 ( )
9
( )
h dt
f dt
R R R
R R R
     
 
Quy đổi về stator: 
' 2
1
' 2
1
h T h
f T f
R a R
R a R

 
Lưu ý: aT1: tỉ số vòng stator/ rotor, 
60
HỆ NỐI TẦNG TĨNH
11/9/2014
31
61
HỆ NỐI TẦNG TĨNH
Các giả thiết khi giải tích hệ thống: 
1. Bỏ qua hiện tượng trùng dẫn xảy ra trong cầu chỉnh lưu diode, 
2. Dòng Id xem là liên tục và phẳng 
3. Momen động cơ sinh ra do sự tương tác giữa hài bậc 1 của dòng rotor và từ thông 
trong khe hở không khí giữa stator và rotor, 
4. Tổn hao trên cầu diode và khóa bán dẫn không đáng kể, 
5. Biến áp được giả thiết là lý tưởng (bỏ qua điện kháng tản, tồn hao) 
6. Bỏ qua hiện tượng trùng dẫn trên cầu nghịch lưu 
62
HỆ NỐI TẦNG TĨNH - Nguyên lý hoạt động
Điện áp ngõ ra bộ chỉnh lưu: 
T1
3 6
ad
sVV  
 V: điện áp pha cung cấp cho stator 
 aT1: tỉ số vòng dây stator/rotor 
Điện áp phía DC của cầu nghịch lưu: 
T2
3 6 cos
aI
VV  
Nếu bỏ qua Rd, ta có: 
0d IV V  
Suy ra độ trượt s (nghĩa là tốc độ động cơ) có thể điều chỉnh theo góc kích : 
1
2
cos cosT T
T
as a
a
   
Công suất điện từ do động cơ sinh ra: 
d d
dt
V IP
s
 
Momen điện từ động cơ sinh ra: 
1
3 6dt d
db T db
P VIM
a    
11/9/2014
32
63
HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương
Công suất điện từ truyền sang phía rotor: 
dt c cur rP P P P   
 Pc: công suất cơ, 
 Pcur : tổn hao đồng trên rotor, 
 Pr : công suất trả về lưới, 
Lưu ý là công suất cơ (và tương ứng là momen cơ) do thành phần hài cơ bản của dòng 
rotor sinh ra, còn tổn hao đồng rotor do dòng rotor hiệu dụng sinh ra. 
64
HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương
Công suất điện từ Pđt có thể tính như sau: 
2
2 2 2
2 2 2 2
2
33 1 ( 0.5 ) ( 0.5 ) cos
9dt d d T
VIP R R I R R I
s a
               
Suy ra, công suất điện từ trên 1 pha rotor là: 
2
2 22
2 r 2 2 2 2
2
( 0.5 ) 1 coscos 1 ( 0.5 )
9
d
d
T
R R VEI R R I I I
s s a
           
Hay: 
2 2
2 r 2 2 2cos
f r
h
R VEI R I I I
s s
    
Trong đó: 
2
2
2
2
1 ( 0.5 )
9
( 0.5 )
cos
h d
f d
r
T
R R R
R R R
VV
a


     
 
 
Quy đổi sang phía stator: 
' '
' ' '2 '2 '
2 r 2 2 2cos
f r
h
R VEI R I I I
s s
    
11/9/2014
33
65
HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương
'
fR s
'
rV
s
66
HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương
Để vẽ đặc tính cơ của động cơ với góc kích  cho trước: 
- Lấy giá trị của độ trượt s, 
- Tính ra giá trị dòng rotor I’2: 
2 2 2 2 2 2
2'
2 2 2
( )( )td td tdV R V R R X V VI
R X
      
 Trong đó: 
'
'
1
'
'
1 2
f
h
r
td
R
R R R
s
VV
s
X X X
  

 
- Công suất cơ sinh ra: 
 '2 ' ' '2 2
(1 )3c f r
sP I R V I
s
    
- Momen động cơ sinh ra: 
 '2 ' ' '2 2
3
(1 )
c
f r
db db
PM I R V I
s s       
11/9/2014
34
67
HỆ NỐI TẦNG TĨNH – Mạch tương đương
(ra
d/
s)
0 50 100 150 200 250
0
20
40
60
80
100
120
140
160
68
BÀI TẬP
Bài 4.5: Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, đấu Y: 
Pđm = 2.8kW, Vđm = 400V, f = 50Hz, số đôi cực = 2, nđm = 
1370v/ph, có thông số mạch tương đương: 1 1.9R   ; 
'
2 4.575R   ; '1 2 3X X   . Tỉ số vòng dây stator/rotor là 4.25. 
Bỏ qua dòng từ hóa, tổn hao lõi, tổn hao do ma sát và quạt gió. 
Động cơ được điều khiển tốc độ bằng cách thêm điện trở phụ vào 
rotor. 
1. Cần thêm điện trở phụ là bao nhiêu để động cơ hoạt động với tải 
định mức ở 400v/ph. 
2. Cần thêm điện trở phụ là bao nhiêu để động cơ hoạt động ở chế 
độ hãm ngược ở tốc độ định mức với momen cực đại. 
11/9/2014
35
69
BÀI TẬP
Bài 4.6: Động cơ không đồng bộ rotor dây quấn, đấu Y: 
Pđm = 2.8kW, Vđm = 400V, f = 50Hz, số đôi cực = 2, nđm = 
1370v/ph, có thông số mạch tương đương: 1 1.9R   ; 
'
2 4.575R   ; '1 2 3X X   . Tỉ số vòng dây stator/rotor là 4.25. 
Bỏ qua dòng từ hóa, tổn hao lõi, tổn hao do ma sát và quạt gió. 
Động cơ được điều khiển bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho 
stator. Giả thiết tải của động cơ là định mức khi hoạt động ở tốc độ 
định mức. Bỏ qua ảnh hưởng của sóng hài (nếu có) từ bộ biến đổi 
điện áp xoay chiều cung cấp cho động cơ. 
a. Nếu momen tải tỉ lệ thuận với tốc độ động cơ, tính điện áp cần 
cung cấp cho động cơ để tốc độ là 0.5 định mức. Tính dòng stator 
khi đó. 
b. Làm lại câu trên với tải lúc này tỉ lệ thuận với bình phương tốc 
độ. 
70
BÀI TẬP
Bài 4.8: Động cơ không đồng bộ, đấu Y, Pđm = 11.2kW, Vđm = 
460V, f = 60Hz, số đôi cực = 2, nđm = 1750v/ph, có thông số mạch 
tương đương: 1 0.66R   ; '2 0.38R   ; 1 1.14X   , '2 1.71X   , 
33.2mX   . Động cơ được cung cấp bởi bộ biến tần điều khiển 
theo quy luật V/f = const. 
a. Tính giá trị momen cực đại Mmax và độ trượt tới hạn sm khi tần 
số cung cấp cho động cơ lần lượt là 60Hz và 30Hz. 
b. Nếu bỏ qua điện trở stator R1, hãy tính lại câu a. 
11/9/2014
36
71
Mạch tương đương cho bài 4.8
2'R
s
Mạch tương đương ở điện áp và tần số định mức của động cơ không đồng bộ
72
BÀI TẬP
Động cơ không đồng bộ có thông số: Vđm = 380V (áp dây), 
fđm=50Hz, nđm = 1420v/ph, 4 cực, đấu Y. Mạch tương đương 1 pha 
của động cơ tại tần số định mức như hình sau với các thông số: 
'
1 2 0.5R R   , '1 2 1X X   . Động cơ được cung cấp từ một bộ 
biến tần có tần số và điện áp thay đổi được. 
1. Giả thiết bộ biến tần được điều khiển theo quy luật 
E f const . Tính tần số cần cung cấp để động cơ hoạt động 
với tốc độ 150v/ph với momen tải bằng Mđm? Tính điện áp V 
cần cung cấp cho động cơ lúc này. 
2. Giả thiết bộ biến tần được điều khiển theo quy luật 
V f const , và động cơ hoạt động với tần số tính ra ở câu 1. 
So sánh điện áp V cần thiết cung cấp cho động cơ lúc này với 
điện áp tính ra ở câu 1. Động cơ có thể hoạt động ở chế độ 
động cơ với momen tải bằng 80Nm tại tần số này không? 
11/9/2014
37
73
BÀI TẬP
 R1 X1 X’2
2'R
s
I1 I’2
V E
Mạch tương đương ở điện áp và tần số định mức của động cơ không đồng bộ