Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

MỤC LỤC
Lời mở đầu
Chương 1: Tổng quan về động cơ không đồng bộ

Trang
3

1.1.Cấu tạo của động cơ không đồng bộ

3

1.2. Nguyên lý làm việc

4

1.3. Đặc tính cơ của động cơ KĐB

4

1.4. Các đại lượng đặc trưng và phương trình mơ tả

5

Chương 2: Tổng quan về nghịch lưu nguồn dòng

9

2.1. Giới thiệu sơ đồ nghịch lưu nguồn dòng

9

2.2. Các đại lượng điện từ trong q trình chuyển mạch

12

Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ truyền động điện của động cơ không đồng
bộ được nuôi bởi nghịch lưu nguồn dịng

15

3.1. Khái qt ngun lý mơ hình hóa nghịch lưu nguồn dịng

15

3.2. Giới thiệu sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn dòng sử dụng thyritor

15

3.3. Xây dựng và mô phỏng

18

Tài liệu tham khảo

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng


30

Trang 1


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây những tiến bộ trong khoa học kỹ thuật đã đưa
lại những ứng dụng lớn lao vào trong q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hố của
mỡi đất nước. Bên cạnh những thành tựu về mặt thực tiễn thì những lý thuyết về
điều khiển cũng lần lượt ra đời góp phần khơng nhỏ trong việc xây dựng các
nguyên lý điều khiển tối ưu các hệ thống truyền động trong cơng nghiệp. Là một
nước đang trong q trình xây dựng nền kinh tế công nghiệp hiện đại với nhiệm
vụ hiện nay là thực hiện thành cơng q trình cơng nghiệp hố hiện đại hố, 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 đới với các nhà máy, xí nghiệp cũng như tồn
bộ nền sản xuất cơng nghiệp của mỡi q́c gia.
Từ yêu cầu thực tiễn đó em đã thực hiện một đề tài : “Xây dựng hệ
truyền động máy điện dị bộ được ni bởi nghịch lưu nguồn dịng ”.
Trong thời gian thực hiện, được sự hướng dẫn và giúp đỡ của thầy giáo
Ths. Phạm Tâm Thành em đã hoàn thành đồ án này. Nhưng do trình độ cịn
hạn chế nên bản đồ án không thể tránh khỏi nhưng thiếu sót. Mọi sự góp ý của
thầy cơ và các bạn sẽ là nguồn động viên vô giá để em tiếp tục hồn thiện bản

đồ án của mình hơn.

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 2


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Chương 1: Tổng quan về động cơ không đồng bộ
1.1. Cấu tạo của động cơ khơng đồng bộ

Vỏ máy

Hình 1.1 : Cấu tạo động cơ không đồng bộ
*Phần tĩnh - Stator:
- Lõi thép stator được ghép bằng các lá thép kỹ thỵât điện hình vành khăn
có xẻ rãnh ở bên trong để đặt dây quấn stator. Lõi thép được ép vào phía trong
vỏ máy.
- Dây quấn stator thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện đặt trong
các rãnh của lõi thép.
- Vỏ máy gồm thân máy và lắp máy thường làm bằng gang.
*Phần động - Roto:
- Lõi thép là các lá thép kỹ tḥt điện được ghép lại với nhau, mặt ngồi
có xẻ rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có đục lỗ để lắp trục.
- Dây quấn roto gồm hai loại: roto kiểu dây quấn và roto kiểu lồng sóc
Loại roto kiểu dây quấn: cũng giống như dây quấn ba pha stator, cuộn dây

roto được đấu hình sao cịn ba đầu được nối đến ba vành trượt gắn vào trục

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 3


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

quay của roto cà cách điện với trục. Ba chổi than tiếp xúc với ba vành trượt
được nới ra ngồi với các điện trở phụ để khởi động hoăc điều chỉnh tốc độ.
Loại roto kiểu lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stator. Mỗi
rãnh của lõi sắt được đặt một thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm và được nối tắt lại
ở đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc nhơm. Dây quấn roto kiểu lồng
sóc khơng cần cách điện với lõi sắt.
1.2. Nguyên lý làm việc
Khi nối dây quấn stator vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ
sinh ra một từ trường quay. Từ trường quay này quét qua các thanh dẫn roto,
làm cảm ứng trên dây quấn roto một sức điện động E sẽ sinh ra dòng điện I chạy
trong dây quấn. Dòng điện I tác động tương hỗ với từ trường stator tạo ra lực
điện từ trên dây dẫn roto và momen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo
chiều quay của từ trường.
Tốc độ quay của roto n luôn nhỏ hơn tớc độ của từ trường quay stator n 1
vì thế gọi là động cơ khơng đồng bộ.
1.3. Đặc tính cơ của động cơ KĐB
Đặc tính cơ của đơng cơ điện chính là quan hệ n=f(M2) hoặc M2 = f(n).
Mà ta có M=M0+M2, ở đây ta xem M0=0 hoặc chuyển về Momen cản tĩnh Mc.

Vì vậy M2=M=f(n)

Hình 1.2: Quan hệ M=f(s)

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 4


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Từ hình 1.4 ta xét chế độ động cơ nghĩa là s=0÷1 hình 1.5a. Nếu thay
s=(n-n)/n1 ta sẽ có quan hệ n =f(M2) chính là đặc tính cơ của động cơ khơng
đồng bộ (hình 1.5b).

Hình 1.3: Đặc tính động cơ khơng đồng bộ
(a) Quan hệ momen theo hệ sớ trượt
(b) Đặc tính cơ của động cơ
+ Đoạn 0a (0 < s < sth) Động cơ làm việc ổn định. Đặc tính cơ cứng .
+ Đoạn ab (sth < s < 1) Động cơ làm việc không ổn định.
1.4. Các đại lượng đặc trưng và phương trình mơ tả
mM
2

s sK
mK


sK
s
3
1
mK  z p
2 Ls

; Rs 0
Us

 s


Rr
 ; s K 
 sLs


Trong đó:
mK : momen lật

Rr : điện trở roto

sK : hệ số trượt khi mM = mK

Ls : điện cảm stator

mM : momen động cơ

zp : số đôi cực


Us : điện áp stator
s

 : hệ sớ tản

: tần sớ stator (vận tớc góc của các vector phía stator)

Cơng thức trên là gần đúng xuất phát từ giả thiết điện trở stator R s = 0.
Giả thiết này có thể coi là đúng đới với máy điện cơng suất lớn và rất lớn.
Mơ hình toán động cơ dị bộ xoay chiều ba pha :
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 5


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

+ Phương trình điện áp stator

(t )
 R
i
dt

(t )
 R

i
dt

(t )
 R
i

d


u su (t )

d


u sv (t )

d


u sw (t )


su

s

sv

s


sw

s

dt

su

sv

(t )
(t )

sw

(t )

Khi đó vectơ điện áp stator được biểu diễn dưới dạng sau:
us 

d s
dt

 Rs i s

+ Vectơ điện áp viết cho roto của động cơ
0 Rr i r 

d r

dt

+ Phương trình từ thơng
 s Ls is  Lm ir
 r Lm is  Lr ir

Do các cuộn dây roto và stator có cấu tạo đới xứng nên tất cả các giá trị
điện cảm là như nhau trên mọi hệ toạ độ quan sát.
+ Phương trình momen
mM 

3
3
pc ( s is )  pc ( r ir )
2
2

+ Phương trình chuyển động
mM mT 

j d

pc dt

Trong đó:
Rs : điện trở stator

us : vector điện áp stator

Rr : điện trở roto quy đổi về stator is : vector dòng stator

Ls : điện cảm stator

ir : véc tơ dòng roto

Lr : điện cảm roto

s:

Lm : hỗ cảm giữa hai cuộn dây

 r : vector từ thông roto

Ts 

Ls
Rs

Tr 

Lr
: hằng số thời gian roto
Rr

vector từ thông stator

: hằng số thời gian stator

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng


Trang 6


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ
2

 1 

Lm
: hệ sớ tiêu tán tổng
Ls Lr

* Mơ hình tốn trên hệ stator (hệ



)

Các phương trình mơ tả động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc ở trên hệ
toạ độ cớ định so với stator, viết lại dưới dạng thành phần ta thu được mơ hình
sau:
 1
di s
1 
 

dt
 Ts Tr



1 
1 
1
 i s 
 ' r 
 ' r 
u s
Tr

Ls


dis


1 
1 
1
 is 
 'r 
 ' r 
u s

T


Ls
r



 1
1 
 

dt

T
Tr
 s

d 'r
1
1
 is   'r   'r
dt
Tr
Tr
d 'r
dt



1
1
is   'r   'r
Tr
Tr


Trong đó:

 '  r
Lm


 '   r
Lm

+ Phương trình momen
mM 

3 L2m
 'r is   'r is 
2 Lr

*Mơ hình tốn trên hệ dq
Nếu chuyển mơ hình sang biểu diễn trên hệ toạ độ dq, là hệ toạ độ có trục
thực d trùng với trục của véc tơ từ thông roto  r . Nghĩa là hệ toạ độ dq quay
đồng bộ với vector r và cịn được gọi là hệ toạ độ từ thơng. Mơ hình có dạng :
 1
disd
1 
 

dt
Tr
 Ts
disq



1 
1 
1
 is   s isq 
 'rd 
 'rq 
u sd
Tr

Ls


 1
1 
  s isd  

dt
Tr
 Ts


1 
1 
1
 isq 
 'rd 
 'rq 
u sq


Tr
Ls


d 'rd
1
1
 isd   'rd ( s   ) 'rq
dt
Tr
Tr
d 'rq
dt



1
1
isq  ( s   ) 'rd 
 'rq
Tr
Tr

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 7


Thiết kế mơn học


Tổng hợp hệ điện cơ

+ Phương trình momen như sau
mM 

3 L2m
pc 'rd isq
2 Lr

Chương 2: Tổng quan về nghịch lưu nguồn dòng
2.1. Giới thiệu sơ đồ nghịch lưu nguồn dòng
Trong thực tế nghịch lưu dòng ba pha được sử dụng rộng rãi vì cơng suất
của nó lớn và đáp ứng được sử dụng trong công nghiệp, trong đó các van bán
dẫn là các van điều khiển hồn tồn.

Hình 2.1: Nghịch lưu dịng ba pha
Nghịch lưu dịng có sử dụng thyristor do đó để có thể khố được các
thyristor cần phải có tụ chuyển mạch. Vì là nghịch lưu nguồn dòng nên đầu vào
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 8


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

phải là nguồn dịng do đó Ld là vơ cùng. Để đảm nảo khóa được các thyristor và

tạo hệ thớng dịng điện ba pha đới xứng thì ḷt dẫn điện của thyristor phải tuân
theo hình sau :

Hình 2.2: Biểu đồ xung
Qua đồ thị ta thấy mỗi van động lực chỉ dẫn trong khoảng thời gian
 120  .

Quá trình chuyển mạch bao giờ cũng biểu diễn ra đối với các van trong

cùng một nhóm.
Xét khoảng thời gian 0 t1 lúc này T1 và T6 dẫn. Dòng điện sẽ chạy qua
T1, ZA, ZB, T6. Đồng thời sẽ có dịng nạp vào tụ C1 qua T1, C1, T6. Khi tụ C1 được
nạp đầy thì dịng qua tụ bằng 0. Tụ C1 được nạp với dấu điện áp để ch̉n bị cho
q trình chuyển mạch khố T1. Tại thời điểm t = t2, khi mở T3, điện áp được
nạp vào tụ C1 đặt lên T1 làm cho T1 bị khoá lại. Tương tự như vậy khi T2 và T3
dẫn (t2 t3) thì tụ C3 được nạp với dấu điện áp để ch̉n bị khố T3.
Đới với nhóm catot chung T2, T3 và T6 q trình chuyển mạch cũng diễn
ra như vậy. Ví dụ tụ C5 được nạp trong khoảng thời gian t 1 t2 (khi T1 và T2 dẫn)
với dấu đảm bảo để khoá T4 khi mở T2 tại thời điểm t3.
Giá trị hiệu dụng của dòng điện tải:
I s I d 

2
3

(2.1)

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng cơ bản dịng điện trong phân tích
Fourier:
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành

Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 9


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ
I s1  I d 

2
3

(2.2)

Giá trị hiệu dụng của thành phần sóng cơ bản điện áp được xác định theo
điều kiện cân bằng công suất giữa nguồn và tải, bỏ qua các tổn hao trên van và
tổn hao do các thành phần songd hài bậc cao gây ra:
U d .I d 3.U s .I s1 cos 1

(2.3)

Trong đó 1 là góc lệch pha giữa thành phần cơ bản dòng điện và thành phần
sóng cơ bản điện áp của tải.
Từ (2.2) và (2.3) ta được:
U s1 


U
 d

3 6 cos 1

(2.4)

Khi nghịch lưu nguồn dòng làm việc với tải là động cơ điện xoay chiều
thì trên mạch đồ thị điện áp tải có xuất hiện các xung nhọn tại các thời điểm
chuyển mạch dòng điện giữa các pha.
Trong thực tế kỹ thuật thường sử dụng các van điều khiển khơng hồn
tồn, vì vậy cần có các mạch khố cưỡng bức các van đang dẫn, bảo đảm
chuyển mạch dòng điện giữa các pha một cách chắc chắn trong phạm vi điều
chỉnh tần số và dòng điện đủ rộng

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 10


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Hình 2.4 : Nghịch lưu nguồn dịng ba pha có diode cách ly
Trong hình trên ngồi các thyristor lực T1 T6 cịn sử dụng các diode cách
ly D1 D6 nhằm cách ly giữa các tụ điện chuyển mạch và dây quấn các pha của
động cơ không đồng bộ điều khiển đẻ chúng không tạo thành mạch cộng hưởng
làm ảnh hưởng đến quá trình chuyển mạch.
Trên hình 2.2, các van T1, T2 đang dẫn , dòng điện chảy liên tục vào pha a
và ra pha c của tải, tụ C1 nạp đầy điện áp. Quá trình chuyển mạch bắt đầu xảy ra
khi phát xung mở cho T3, khi T3 dẫn thì điện áp trên C1 đặt ngược lên T1 làm van

này khoá lại. Diode D3 chưa dẫn dịng vì tổng điện áp C1 và điện áp dây giữa a
và b còn đặt ngược lên diode này. Dòng điện Id khép mạch qua T3 - C1- D1 - a - c
- D2 - T2, tụ C1 được phóng và nạp ngược với dịng điện khơng đổi và bằng dòng
điện Id. Khi điện áp trên C1 đạt đến giá trị điện áp dây U ab thì D3 bắt đầu dẫn,
dòng điện pha a bắt đầu giảm và dòng điện pha b bắt đầu tăng lên, sao cho tổng
giá trị hai dòng điện này đúng bằng Id. Khi C1 đạt được giá trị điện áp đúng bằng
giá trị trước khi xảy ra chuyển mạch với cực tính ngược lại thì D 1 khố hồn
tồn và dịng qua pha b đạt giá trị dịng cung cấp, q trình chuyển mạch kết
thúc.
2.2. Các đại lượng điện từ trong quá trình chuyển mạch


U s is Rs  ( L1  L'2


Lm dis
L
)
 j c  r m
Lr dt
Lr

(2.5)

Trong đó: Us, is - điện áp và dòng điện một pha
Rs

- điện trở dây quấn một pha

L1 , L'2


- điện cảm tâm của dây quấn stato và dây quấn roto quy đổi
về mạch stato

Lm - điện cảm chính của máy điện


r-

từ thơng mạch roto

e -

tần sớ góc của nguồn điện

Lr - điện cảm mạch roto :

L  Lm  L'2

Dựa vào (2.5) có thể coi động cơ khơng đồng bộ là mạch điện bao gồm
các phần tử nối tiếp: điện trở (số hạng đầu), điện cảm (số hạng thứ hai) và sức
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 11


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ


điện động (só hạng thứ ba). Từ thơng roto coa thể được tính từ phương trình cân
bằng điện áp cho mạch roto:


o  r (

i
1
 j s )  Lm s1
Tr
Tr

(2.6)

L

r
Trong đó: Tr  R là hằng số thời gian điện từ của mạch roto
2

s

tần sớ trượt của động cơ

Ls1 thành phần sóng cơ bản của dòng điện
Nếu đạt các giá trị điện cảm tương đương Le, sức điện động tương đương
Ee như sau:
Le  L1  L'2


Lm
Lr

(2.7)

Lm
r
Lr

E e  j o

(2.8)

Bỏ qua điện trở day quấn stator thì ta có mạch thay thế động cơ không đồng bộ
như là điện cảm Le nối tiếp với sức điện động Ee
Ee e

L2m
1
is1
Lr 1  jsTr

e

is1

L2m
Lr

1  ( j sTr ) 2


exp{ j (et  1 )}

(2.9)

Trong đó 1 là góc lệch pha giữa thành phần cơ bản dòng điện stator i s1 và sức
điện động đẳng trị:
1 arctg

Bởi vì

is 


is
3

và

i s1 

2
3

1

   r1
 s Tr
2
I d exp{ j



}
6

nên ta có:
is1 

3

2 3

is exp{ j } 
I d exp{ j }

6

6

Ee 

L2
2 3
I d  e m

Lr

1
1  ( s Tr )


2

exp{ j ( e t  1 

(2.10)

)}
6

(2.11)

và điện áp dây:
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 12


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ
L2
6
Ee1  I d e m

Lr

sin 1

(2.12)


1  ( sTr ) 2

với hệ thớng trùn động điện cơng suất lớn ta có thể bỏ qua sụt áp trên điện trở
stator và sụt áp trên điện cảm tương đương mà không phạm sai số lớn:
Ee U s  U s exp{ j (e t  1 

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng


)}
6

(2.13)

Trang 13


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Chương 3: Xây dựng mơ hình hệ truyền động điện
của động cơ khơng đồng bộ được ni bởi nghịch
lưu nguồn dịng
3.1. Khái quát ngun lý mơ hình hóa nghịch lưu nguồn dịng

Hình 3.1: Khái qt mơ hình hóa nghịch lưu nguồn dịng
- Khới tạo hàm nhận tín hiệu từ đầu ra của khâu điểu chỉnh tớc độ quay.

- Khâu điều chỉnh dịng nhận dòng từ khâu tạo hàm để điều chỉnh cho phù
hợp trước khi đư vào đới tượng điều chỉnh dịng.
- Đới tượng điều chỉnh dịng nhận tín hiệu từ khâu điều chỉnh dòng phản
hồi lại để khâu điều chỉnh dòng hiệu chỉnh dòng cấp vào cho phù hợp với trạng
thái làm việc, đồng thời tín hiệu từ khâu hiệu chỉnh cũng được đưa tới khâu
logic điều khiển.
- Logic điều khiển xuất các thành phần dòng để điều khiển.
3.2. Giới thiệu sơ đồ mạch nghịch lưu nguồn dòng sử dụng thyritor
Kỹ thuật điều khiển nghịch lưu theo phương pháp băm xung sử dụng
nghịch lưu nguồn áp là bước phát triển cao trong điều khiển máy điện xoay
chiều ba pha. Kỹ thuật đó xuất hiện đồng thời với sự ra đời của các linh kiện bán
dẫn công suất loại IGBT hoặc GTO. Trong các ứng dụng địi hỏi chất lượng
thấp, rẻ mà cơng suất lại lớn, thường người ta sử dụng giải pháp nghịch lưu
nguồn dòng. Các mạch nghịch lưu nguồn dòng kể từ giai đoạn mới phát triển
chủ yếu sử dụng thyristor là loại linh kiện có tớc độ đóng ngắt chậm.

GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 14


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Hình 3.2: Sơ đồ nghịch lưu nguồn dịng sử dụng thyristor
Khó khăn chủ yếu khi sử dụng van thyristor là đặc điểm có thể chủ động
mở van (kích hoạt dẫn dịng), nhưng lai khơng chủ động ngắt van được (ngừng
hoạt động dẫn dịng). Mạch hoạt động độc lập như nghịch lưu nguồn dòng phải

sử dụng một mạch dập để chuyển mạch.
Thiết bị nghịch lưu nguồn dịng bao giờ cũng có ba thành phần:
+ Phần chỉnh lưu đầu vào với nhiệm vụ điều chỉnh ổn định dòng i DC của
mạch một chiều trung gian. Giá trị iDC quyết định biên độ của dòng máy điện (có
tác dụng điều khiển momen quay). Chỉnh lưu sử dụng điện áp lưới để điều chỉnh
dòng iDC (điều chỉnh momen).
+ Phần mạch một chiều trung gian sử dụng cuộn kháng lọc với nhiệm vụ
hạn chế hài dòng của iDC.
+ Phần nghịch lưu ni máy điện dị bộ chỉ có nhiệm vụ chuyển mạch
dịng, tức là tạo tần sớ của trường quay và qua đó điều khiển tớc độ quay của
máy điện.
Thông qua các lý giải ngắn gọn trên về ngun lý của nghịch lưu nguồn
dịng ta có thể đưa ra một sớ u cầu khi mơ hình hố.
+ Mơ hình phải có một vịng điều chỉnh dịng với nhiệm vụ điều khiển
dòng chảy qua mạch một chiều trung gian. Giá trị dịng được tính theo:
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 15


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ
I s  I  1  Tr2 r2

Tr

hằng số thời gian roto


 r tần sớ mạch roto
IS

module dịng stator

I

dịng từ hố của máy điện xoay chiều ba pha

Xuất phát từ giả thiết máy điện dị bộ được vận hành với từ thông hằng,
dịng stator sẽ bao gồm thành phần dịng từ hố (tạo từ thông) và thành phần tạo
momen (thường từ khâu điều chỉnh tốc độ quay đưa tới). Để phân tách được rõ
ràng hai thành phần đó, vịng điều chỉnh dịng sẽ phải được cài dặt trên hệ toạ độ
dq.
Vị trí góc của hệ toạ độ dq được tính theo cơng thức dưới đây :
 S arctg (Tr  r )

Góc tìm được sẽ (tuỳ theo chiều quay) được chọn gán cho một trong các
vector dòng chuẩn thuộc bảng dưới đây :
Pha a
Is
0

Pha b
0
Is

Pha c
-Is
-Is


Góc của vector dịng

-Is
-Is
0
Is

Is
0
-Is
-Is

0
Is
Is
0

150 

30 
90 

210 
270 
330 

3.3. Xây dựng và mô phỏng
3.3.1. Xây dựng


GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 16


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Hình 3.3 : Sơ đồ thay thế máy điện dị bộ
Từ sơ đồ thay thế trên ta có phương trình mơ tả máy điện khơng đồng bộ:
+ Phương trình điện áp stator
us 

d s
 Rsis
dt

(3.1)

+ Phương trình điện áp roto
0 Rr ir 

d r
dt

(3.2)

+ Phương trình từ thơng

 s Ls is  Lm ir
 r Lmis  Lr ir

(3.3)

Các phương trình mơ tả động cơ khơng đồng bộ roto lồng sóc ở trên hệ
toạ độ cố định so với stator (hệ



)

 1
di s
1 
 

dt
 Ts Tr


1 
1 
1
 i s 
 ' r 
 ' r 
u s
Tr


Ls


dis


1 
1 
1
 is 
 'r 
 ' r 
u s
Tr

Ls


 1
1 
 

dt
Tr
 Ts

d 'r
1
1
 is   'r   'r

dt
Tr
Tr
d 'r
dt



(3.4)

1
1
is   'r   'r
Tr
Tr

+ Phương trình momen
3
mM  z p (1   ) Ls  'r is   'r is 
2

(3.5)

Trong đó:
Rs : điện trở stator
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

us : vector điện áp stator
Trang 17



Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

Rr : điện trở roto quy đổi về stator is : vector dòng stator
Ls : điện cảm stator

ir : véc tơ dòng roto

Lr : điện cảm roto

s:

Lm : hỗ cảm giữa hai cuộn dây

 r : vector từ thông roto

Ts 

Ls
Rs

Tr 

Lr
: hằng số thời gian roto
Rr


vector từ thông stator

: hằng số thời gian stator

2

 1 

Lm
: hệ số tiêu tán tổng
Ls Lr




 r'  r  r'   j r'   r  j r
Lm
Lm
Lm

Hệ phương trình mơ tả trên đã được xây dựng trên cở sở chấp nhận các giả thiết
sau:
+ Hệ phương trình thu được trên cơ sở sóng hài cơ bản của các đại lượng
dịng áp và từ thơng hiện tượng móc vịng từ thơng giữa stator và roto chỉ xảy ra
với sóng cơ bản. Momen hài chưa được quan tâm.
+ Hệ chưa xét tới hiện tượng bão hồ vật liệu từ. Tuy nhiên có thể sử
dụng hàm xấp xỉ để bổ xung đặc tính bão hồ một cách rất dễ dàng.
+ Chưa xét tới tổn hao dòng quẩn và tổn hao sắt từ
+ Chưa xét tới hiện tượng dãn dịng (xuất hiện đới với hài dịng bậc cao,
làm tăng giá trị hiệu dụng của điên trở)

+ Stator và roto có kết cấu trịn đều đới xứng. Hệ thớng stator có chứa z p
cuộn dây ba pha. Việc đặt điện áp roto bằng 0 xuất phát từ kết cấu ngắn mạch
của mạch điện phía roto. Đới với mơ hình của máy điện dị bộ roto dây quấn sẽ
phải bổ xung thêm phương trình cho hệ.
+ Tham sớ của mơ hình là hằng
+ Bỏ qua tổn hao ma sát
Khi sử dụng khới nghịch lưu nguồn dịng theo ngun tắc mơ tả ở hình
3.1, khới nghịch lưu nguồn dịng sẽ trao cho mơ hình máy điện dị bộ dịng điện
dưới dạng khới vì vậy mơ hình máy điện dị bộ sẽ phải là mơ hình nguồn dịng
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 18


Thiết kế mơn học

Tổng hợp hệ điện cơ

nên mơ hình sẽ chỉ cịn bao gồm hai phương trình thứ 3 và thứ 4 của hệ (3.4),
tức là hạn chế về chỉ cịn hai phương trình từ thơng, dịng stator đã được nghịch
lưu nguồn dịng.
Trong chương trình mơ phịng ta phải xây dựng hai Sfunction khới tạo
hàm (tính góc) và logic điều khiển (đưa dịng tới đầu ra theo góc đã tính). Để
hồn thiện ta cịn thêm khâu điều chỉnh với đặc tính PI và khâu PT 2 thay cho mơ
hình đới tượng điều chỉnh dịng. Ta có mơ hình mơ phỏng như sau :

+ Chương trình viết cho khới CSI:
/**********************************************
* CSI.C : C-MEX-File to simulate the current-source


*

* inverter feeding a 3-phase induction motor in alpha-

*

* beta-coordinates

*

* Syntax : [sys , x0] = csi(t,x,u,flag,p)

*

* Parameter p[ Rr, Lr]

*

*

Rr Rotor resistance

*

*

Lr Rotor inductance

*


***********************************************/
#define S_FUNCTION_NAME csi
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 19


Thiết kế môn học

Tổng hợp hệ điện cơ

#include “simstruc.h”
#include <math.h>
/* Input variables: */
#define I_s u[0] /*Reference stator current*/
#define w_r u[1] /*Slip frequency (Output of
speed controller) */
#define Psira u[4] /*Rotor flux Psira of IM (State)*/
#define Psirb u[5] /*Rotor flux Psirb of IM (State)*/
/* State variables: */
#define isa x[0] /*Stator current alpha*/
#define isb x[1] /*Stator current beta*/
#define Tr x[2] /*Rotor time constant*/
/* Auxiliary variables: */
#define TWO_PI 6.2318530718
#define sign(x) (x==0.0?0.0:((x>0.0)?1.0:-1.0))
/*Definition of Sign-Function*/
/* The current inverter was made under the following

* acceptances:
* 1. The 6 standard current vectors have tobe switched
*

with 2/3 pi switch-on

* 2. The commutation events are not noticed
* 3. The dead-time of the signal processing will be one
*

integration step

* 4. The netside-converter is a current-source, feeding
*

the IM with a delay of 6ms (because of stator time

*

contant, DC-link inductance and sum time constant)

* 5. The current controller is a PI-controller, designed
GVHD : Ths. Phạm Tâm Thành
Sinh viên : Trần Huy Hoàng

Trang 20