Giáo trình Điện tử công suất và ứng dụng - Chương 8: Điều khiển động cơ AC

g với biên độ. Sơ đồ này được sử dụng 
trong các hệ thống công suất lớn hay cần chất lượng cao như các hệ truyền động chấp hành AC 
Ngày nay, trong các biến tần chất lượng cao cũng có thuật toán này để điều khiển động cơ đồng 
bộ sử dụng nam châm vĩnh cửu. 
 Sơ đồ điều khiển vòng kín hệ thống BBĐ – động cơ không cổ góp hoàn toàn giống như ở 
động cơ một chiều, với sơ đồ điều khiển nhiều vòng: gồm vòng dòng điện, tốc độ, theo thứ tự từ 
trong ra ngoài. 
Trang 26 Chuong 8 dk dco AC.doc 
 PHỤ LỤC CHƯƠNG VIII 
 VIII.1: TỪ TRƯỜNG QUAY VÀ CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI VECTOR 
1. Từ trường xtator và rotor của động cơ xoay chiều; 
 Hình PL VIII.1.1: Sơ đồ các cuộn dây động cơ KĐB ba pha (a,b,c) và hai pha (α,β). Chỉ số s cho 
biết là thông số xtator và r là của rotor. 
 Hình PL VIII.1 bên cho ta sơ đồ nguyên lý bố trí các cuộn dây xtator và rotor của động cơ 
không đồng bộ ba pha. Các cuộn dây bố trí lệch 2π/3 theo không gian và có các dòng điện lệch 
2π/3 theo thời gian đi qua. Rotor được biểu thị bằng 3 cuộn dây ngắn mạch, lệch góc θ (điện) so 
với cuộn dây xtator. Có thể quan sát được là tại mỗi điểm của khe hở, từ trường thay đổi hình sin 
và tại mỗi thời điểm từ trường khe hở có dạng hình sin. Đây chính là mô tả của từ trường quay 
(TTQ) xtator của máy điện ba pha. TTQ cũng có thể tạo ra bằng cách cho một từ trường hình sin 
quay với tốc độ không đổi như cuộn kích từ của máy phát đồng bộ. Bằng toán học ta có thể thay 
thế dòng qua các cuộn dây của máy điện bằng vector dòng điện không gian 
^
I : 
2 4^
3 3
j j
a b cI i i e i e
π π
= + + 
dựa vào đó có thể xây dựng lý thuyết của máy điện tổng quát và mô hình vector của động cơ 
xoay chiều . 
2. Biến đổi hệ ba pha abc ra tọa độ vuông cố định αβo (biến đổi hay phép chiếu Clarke): 
Hệ ba pha va, vb, vc hình sin có bố trí lệch 2π/3 trong không gian có thể biểu diễn bằng 
vector không gian: 
v
v
v
a
b
c
vα
βv
1
j
e
j
2π
3
e
j
4π
3
V
^
2 4^
3 3. .
j j
a b cV v v e v e
π π
= + + (
2 4
3 31, ,
j j
e e
π π
 là các 
vector cơ hệ của hệ 3 pha). 
Khi chiếu vector này lên hệ tọa độ vuông góc (1, 
j), ta có được các thành phần vα, vβ, vo . 
Đây chính là phép chiếu hay biến đổi Clarke: 
Trang 27 Chuong 8 dk dco AC.doc 
 Hình PL VIII.1.2: Biến đổi Clarke và 
Clark _1 tổng quát. 
1 1
2 2
3 3 31
2 2 2 2
1 1 1 31
2 2 2 2 2
1 1 0 1
2 0 1
3
1
a a
b b
o c c o
v v v v
v v v v
v v v v
α α
β β
− −
− −−
−
⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤ ⎡ ⎤⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥= =⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥ ⎢ ⎥⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦⎣ ⎦ ⎣ ⎦
Nếu hệ ba pha không có thành phần zero: 12 ( ) 0o a b cv v v v= + + = , như thường gặp trong 
thực tế, biến đổi Clark trở nên đơn giản hơn: 
2 1 1
3 3 3
1 1
3 3
a b c a
b c
v v v v v
v v v
α
β −
= − − =
= + và biến đổi ngược 
31
2 2
31
2 2
 a b
c
v v v v v
v v v
α α β
α β
= = − −
= − + 
Biến đổi Clarke xác nhận lại một điều căn bản là có thể tạo TTQ từ một hệ hai pha 
vuông góc 90O, như thực tế đã có các động cơ hai pha. 
3. Biến đổi hệ tọa độ vuông góc cố định (αβ) thành hệ tọa độ vuông (dq) quay tốc độ we 
(biến đổi hay phép chiếu Park): 
 Sau khi giảm một thứ nguyên, việc khảo sát các hệ quay còn gặp một khó khăn: các đại 
lượng ở hệ tọa độ cố định thay đổi hình sin, biến đổi hệ thống trục tọa độ cố định thành hệ thống 
tọa độ quay với tốc độ góc của dòng điện có thể giúp ta giải quyết vấn đề: biến đổi Park. 
q
αd
v
v
vβ V
j
^
1
v
w t
w
e
e
we
Hình PL VIII.1.3: Biến đổi Park và Park _1. 
Khi chọn vị trí đầu của hệ trục quay (dq) trùng với hệ 
cố định (αβ), ta có: 
Phép biến đổi Park thuận: 
cos sin
sin cos
q e e
d e e
v v w t v w t
v v w t v w t
α β
α β
= −
= + 
Phép biến đổi Park ngược: 
cos sin
sin cos
q e d e
q e d e
v v w t v w t
v v w t v w t
α
β
= +
= − + 
 Ứng dụng hai phép biến đổi Clarke và Park vào hệ ba pha của áp xtator động cơ xoay 
chiều, với Vsm là biên độ áp pha nguồn (từ đây chỉ số s được thêm vào để chỉ đối với tọa độ tĩnh 
– đứng yên): 
cos
cos( 120 )
cos( 120 )
s
a sm e
s o
b sm e
s o
c sm e
v V w t
v V w t
v V w t
=
= −
= +
 => ở hệ (αβ) cos
sin
s
sm e
s
sm e
v V w t
v V w t
α
β
=
= − và ở tọa độ quay (dq) 
^
0
q sm
d
v V V
v
= =
=
Sau hai phép biến đổi này, vector không gian 
^
V quay với tốc độ we của hệ ba pha bố trí 
lệch 120O không gian trở nên cố định đối với hệ quy chiếu vuông góc quay cùng tốc độ. Điều 
này hoàn toàn phù hợp với thực tế : dòng điện 3 pha đi qua 3 cuộn đây của máy điện xoay chiều 
tạo nên TTQ có biên độ không đổi và tốc độ (điện) của tần số góc của dòng điện. Nếu hệ tọa độ 
quay cùng tốc độ, TTQ trở nên không đổi. 
Trang 28 Chuong 8 dk dco AC.doc 
 VIII.2: BIẾN TẦN HỌ FR - A500 CỦA HÃNG MITSUBISHI ELECTRIC: 
Là một trong những họ biến tần cao cấp của hãng Mitsubishi Electric, họ biến tần FR-
A500 có thể được khảo sát như một biến tần vector từ thông tiêu biểu. 
Có các đặc điểm chính sau: 
- Nguyên tắc điều khiển vector từ thông loại gián tiếp (không có cảm biến từ thông) hay 
điện áp/tần số (sử dụng khi truyền động cho nhiều động cơ). Có thể tăng chất lượng điều khiển 
chuyển động khi dùng với bộ phản hồi tốc độ (PLG card) và phát tốc xung (incremental rotary 
encoder). 
- Có chế độ học thông số động cơ (parameter tuning) trước khi làm việc hay người dùng 
chép hay nhập thông số động cơ, phục vụ cho việc điều khiển vector từ thông động cơ có sẵn ở 
thị trường. 
- Có thể đặt tốc độ bằng nhiều cách: trực tiếp qua bàn phím (Programming Unit), biến trở, 
từ xa qua các ngỏ vào logic, tín hiệu áp, dòng 4 – 20mA, nối mạng RS485. 
- Có mạch hãm động năng sẵn (công suât bé hơn 7.5 Kw) hay nối ngoài cho phép có 
momen hãm 100% định mức và hệ số tiếp điện (duty cycle hay ED%) đến 40%. 
- Cho phép lưu trữ và chuyển qua lại hai bộ thông số hoạt động khác nhau tương ứng hai 
chế độ hoạt động hay làm việc với hai động cơ khác nhau. 
 - Có bộ PID cho điều khiển quá trình (phản hồi tín hiệu điện áp), ví dụ như điều khiển 
mực nước mà biến tần sẽ cung cấp điện cho động cơ bôm. 
Q7
U V W
R
S
T
L
C
P1 P PXPR
R
Hình Phụ lục VIII.2.1: 
Mạch động lực của biến 
tần họ FR-A500 
1. Mô tả các đầu dây: 
R, S, T: Nguồn vào. U, V, W: Ngõ ra động cơ. R1, S1: Áp cung cấp cho mạch điều khiển. 
PC (hay SD): Ngỏ nối nguồn 24 V (hay 0 volt) ngoài khi dùng logic dòng vào biến tần 
(sink) hay logic dòng ra (source). Trong hình là logic source, ngỏ vào biến tần là tác động khi 
được nối với SD. 
STF (STR): ngỏ vào chọn chiều quay thuận (ngược). 
STOP: ngỏ vào dừng (cấm), biến tần sẽ không làm việc dù có đủ các tín hiệu điều khiển. 
RH, RM, RL: ba ngỏ vào tạo ra tổ hợp tốc độ, có thể định nghĩa lại ngỏ vào RT để có 15 
tốc độ đặt trước. 
JOG, MRS, RES, AU, CS: Các ngỏ vào điều khiển khác. 
10, 2, 5: ngỏ vào tín hiệu điều khiển analog. 
Trang 29 Chuong 8 dk dco AC.doc 
Auxiliary input, Current input: Các ngỏ vào tín hiệu điều khiển analog, có thể dùng cho 
phản hồi để điều khiển qúa trình. 
P1, P: Đầu dương nguồn một chiều, có thể nối cuộn kháng lọc để tăng chất lượng hoạt 
động: áp ra phẳng hơn, dòng nguồn ít hài bậc cao hơn. 
PX, PR: Ngỏ ra nối điện trở trong hay ngoài phụ thuộc vào yêu cầu hãm chuyển động. 
A, B, C: ngỏ ra relay của tín hiệu bảo vệ. 
RUN, SU, IPF, OL, FU, SE: Ngỏ ra tín hiệu và bảo vệ, có thể chọn từ nhiều bảo vệ có 
sẵn. 
Trang 30 Chuong 8 dk dco AC.doc 
FM: Ngỏ ra 0 – 1 mA để chỉ thị tần số (tốc độ). 
AM, 5: Ngỏ ra lập lại của tín hiệu điều khiển analog (feed forward), dùng cho hệ điều 
khiển nhiều động cơ. 
THÔNG SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH MỨC: SERIES A540 (ÁP ĐỊNH MỨC 400 VAC) 
Hình Phụ lục VIII.2.2: Đặc tính chính của biến tần họ FR-A500 
CHÚ THÍCH : 
 IP20: IP là ký hiệu cho biết môi trường làm việc. Số đầu để chỉ khả năng chống lại vật 
rắn rơi vào, bằng 2 tương ứng với khe thông gió không cho qua các vật có đường kính > 1.2 cm 
rơi vào. Số kế để chỉ khả năng chống nước, bằng 0 tương ứng với không có bảo vệ chống nước 
rơi vào. 
 Self cooling: thiết bị chỉ làm mát bằng đối lưu không khí qua các khe thông gió. 
 Force cooling: thiết bị có quạt làm mát. 
 Power facility capacity: Công suất biểu kiến cần thiết của nguồn điện (kVA lắp đặt) để 
có thể khai thác hết khả năng của thiết bị. 
 Hoạt động của biến tần được điều khiển bằng hệ thống các thông số được thiết lập sao 
cho thích hợp nhất với tải. Có thể kể các thông số (biến tần E500 của Mitsubishi) sau: 
 - PR 4, 5,6, 23..27: Các tần số làm việc ứng với tổ hợp tín hiệu tốc độ đặt RH, RM, RL. 
 - PR 7, 8: Thời gian tăng, giảm tốc. 
 - PR 0: Độ bù momen khi có tải (Torque Boost) khi làm việc ở chế độ V/F. 
 - PR 128..134: Các hằng số PID cho điều khiển quá trình. 
 - PR 117..124: Thông số của truyền thông RS485 của kết nối nối tiếp. 
Trang 31 Chuong 8 dk dco AC.doc 
Trang 32 Chuong 8 dk dco AC.doc 
 Hình V.4.3.c: Bảng thông số của biến tần E500 của hảng Mitsubishi