đề tài nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều để ứng dụng điều khiển chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện”

Mục tiêu của luận văn Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều được điều khiển bởi máy tínhhoặc PLC là hệ điều khiển truyền động thông minh có nhiều ưu điểm so với những hệthống k

MỞ ĐẦU

1 Mục tiêu của luận văn

Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều được điều khiển bởi máy tínhhoặc PLC là hệ điều khiển truyền động thông minh có nhiều ưu điểm so với những hệthống kinh điển, nó đã và đang được sử dụng rộng rãi cho nhiều máy công nghiệp.Hiện tại những hệ thống truyền động cũ cũng đang được thay thế bằng hệ truyền độngnày Hơn nữa ở phòng thí nghiệm của trường được trang bị một mô hình thí nghiệm hệtruyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển bằng PLC S7-300 Với ưuđiểm của hệ mới này kết hợp với việc thí nghiệm thuận lợi nên đề tài luận văn đượcchọn là: “Nghiên cứu khảo sát và tính toán hệ truyền động biến tần - động

cơ điện xoay chiều để ứng dụng điều khiển chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện”

Với cách đặt vấn đề trên kết quả đề tài luận văn vừa có tính lý thuyết vừa kếthợp được thực nghiệm sẽ làm cho bản luận văn có tính khoa học và tính thực tiễn cao

2 Mục tiêu nghiên cứu

Để thực hiện đầy đủ mục tiêu của luận văn đề ra bản luận văn được thực hiệnvới các mục tiêu như sau:

- Tìm hiểu thiết bị thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm trên mô hình thực của nhà trường với các chế độ và thông

số khác nhau để so sánh đánh giá chất lượng với lý thuyết

- Đề xuất ứng dụng hệ truyền động này vào thực tế

3 Nội dung luận văn

Với mục tiêu đặt ra, luận văn bao gồm các chương sau:

Chương I: Tổng quan về hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển

bằng PLC S7-300

Chương II: Phân tích và chọn phương pháp điều khiển hệ truyền động biến tần - động

cơ không đồng bộ ba pha

Chương III: Khảo sát, đánh giá chất lượng và kiểm nghiệm hệ điều khiển vector biến

tần - động cơ không đồng bộ

Chương IV: Ứng dụng hệ truyền động biến tần - động cơ điện xoay chiều điều khiển

bởi PLC S7-300 cho chuyển động bàn máy gia công tia lửa điện

Kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG

CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU ĐIỀU KHIỂN BẰNG PLC S7-300.

Hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển bởi máy tính hoặcPLC được sử dụng nhiều để truyền động cho các máy công nghiệp Để hiểu rõ nguyên

lý làm việc và khả năng ứng dụng của nó, ta nghiên cứu khảo sát và tính toán hệtruyền động này để đề xuất ứng dụng vào thực tế sản xuất

Encoder Động cơ 3 pha

Tín hiệu xung Encoder chuyển

đổi sang tốc độ động cơ

dòng điện được cài sẵn tích hợp trong biến tần

I.1 Động cơ điện

Động cơ này trong sơ đồ được điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số Từphương trình momen của động cơ không đồng bộ:

1

2 1

8

3

2 2 2

3

p L

f f

p U

Từ đó ta có hai phương pháp điều khiển tốc độ:

- Phương pháp thay đổi tần số nhưng giữ nguyên điện áp có dạng đặc tính:

Hình1.2a: Đặc tính cơ khi thay đổi tần số, điện áp không đổi

- Phương pháp vừa điều chỉnh tần số vừa điều chỉnh điện áp, U/f = const códạng đặc tính:

Hình1.2b Đặc tính cơ khi thay đổi tần số và điện áp (U/f =const)

Hiện nay để điều khiển tốc độ động cơ người ta dùng biến tần điều khiển tần sốtạo ra khả năng ứng dụng của động cơ này rất lớn Vì vậy, hệ thống biến tần động cơđiện xoay chiều đã và đang được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp

I.2 Biến tần

Biến tần hay còn gọi là nghịch lưu là thiết bị dùng để biến đổi điện áp haydòng điện một chiều thành điện áp xoay chiều ở tần số khác nhau Biến tần có thể làmột pha hay ba pha Hiện tại biến tần có nhiều hãng sản suất, biến tần có hai khối chủyếu là: khối động lực và khối điều khiển

I.2.1 Khối động lực

Khối động lực của biến tần có thể dùng các linh kiện bán dẫn Thyristor hoặcTranzitor công suất Biến tần được ứng dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ, thôngthường là biến tần nguồn áp, với linh kiện là tranzitor công suất, sơ đồ mạch động lựcnhư hình vẽ

Hình 1.3: Sơ đồ nghịch lưu độc lập nguồn áp 3 phaTrong sơ đồ này các tranzitor T1 ÷ T6 làm nhiệm vụ nghịch lưu, diot D1 ÷ D6làm nhiệm vụ chỉnh lưu để trả năng lượng của phụ tải cho nguồn (ví dụ khi hãm táisinh) Với sơ đồ nghịch lưu trên dựa vào tính chất của điện áp ba pha xoay chiều,chúng ta khống chế sẽ nhận được điện áp xoay chiều ba pha trên phụ tải (ZA, ZB, ZC)với tần số khác nhau

I.2.2 Khối điều khiển

Khối điều khiển của biến tần làm nhiệm vụ điều khiển điện áp ra và tần số racủa biến tần, đối với biến tần ba pha có ba phương pháp điều khiển:

- Phương pháp kinh điển

- Phương pháp biến điệu bề rộng xung (Pulse Width Modulation- PWM)

- Phương pháp biến điệu vectơ không gian (Space Vector Modulation- SVM)Dạng sóng điện áp ra biến tần khi điều khiển theo phương pháp PWM có dạngnhư hình vẽ:

Với dạng điện áp này ta thấy điện áp ra tức thời là những xung có tần số rất lớnnhưng điện áp ra trung bình có dạng hình sin với tần số ra yêu cầu, và điện áp trungbình này đặt lên động cơ làm động cơ quay với tần số đặt

I.2.3.1 Khái niệm về vectơ không gian

Một hệ thống điện áp, dòng điện ba pha bất kỳ có thể biểu diễn như một vectơgồm 3 thành phần: u = (uA, uB, uC) hoặc i = (iA, iB, iC) Cách biểu diễn này không thuậntiện vì mỗi vectơ được biểu diễn bởi ba tọa độ Park đã đưa ra phép biến đổi cho phépbiến đổi hệ tọa độ bất kỳ về hệ tọa độ hai trục, thuận tiện cho việc biểu diễn các vectơtheo cách con người có thể nhìn nhận được một cách thông thường

Theo phương pháp biến đổi Park, một hệ thống ba pha bất kỳ, điện áp hay dòngđiện, biểu diễn qua một vectơ trên mặt phẳng tọa độ 0  như sau:

123

2 cos(   

B

) 3

2 cos(   

I.2.3.2 Trạng thái của van và các vectơ biên chuẩn

Trong sơ đồ nghịch lưu áp ba pha hình 1.3 các van điều khiển phải được tuântheo các quy luật nhất định, đó là không được ngắn mạch nguồn một chiều đầu vào,không được hở mạch bất cứ pha nào ở đầu ra

Không được ngắn mạch nguồn một chiều đầu vào vì sẽ sinh ra dòng lớn pháhủy van Khi van điều khiển không nối một pha đầu ra nào đó với thanh dẫn (+) hoặc(-) của nguồn một chiều, dòng có thể vẫn phải chạy qua các điôt, dẫn đến điện áp raphụ thuộc vào tải, nghịch lưu không còn là nghịch lưu áp như mong muốn Do nhữngquy luật trên chỉ có 8 trạng thái van được phép, như được biểu diễn trong bảng dướiđây

Ee

3 2

2 3

đều, chia mặt phẳng thành sáu góc bằng nhau, gọi là các vectơ, được đánh số từ I đếnVI.

I.2.3.3.Tổng hợp vectơ không gian từ các vectơ biên

Một vectơ không gian bất kì, giả sử nằm trong một góc phần sáu nào đó, có thểđược tổng hợp từ hai vectơ biên Trên hình1.4, giả sử vectơ không gian u nằm tronggóc phần sáu thứ I, có thể được thể được tổng hợp từ hai vectơ biên u1, u2

u = up+ ut

Trong đó: up và ut gọi là vectơ phải và vectơ trái là hai vectơ nằm dọc theo haivectơ biên up, ut

Hình 1.4: Vectơ không gian và vectơ biên chuẩn

Độ dài vectơ phải, trái được tính như sau:







sin 3 2

3

sin 3 2

u u

u u

; 1

u T

t u

Độ dài của các vector biên chuẩn được xác định bởi giá trị của các điện áp một

chiều đầu vào u i  E U o

sin 3

U T

U T

sin 3

Điều kiện: tp + tt  Ts

Khoảng thời gian còn lại trong chu kỳ cắt mẫu, t0 = Ts –(tp + tt), phải áp dụngvector không Điều kiện trên nói lên rằng vector điện áp ra phải nằm trong vòng tròntiếp xúc với các cạnh của lục giác đều như biểu diễn trên hình 1.4 ở trên

I.3 Giới thiệu PLC S7-300

PLC step S7-300 thuộc họ Simatis do hãng Simen sản xuất

I.3.1 Giới thiệu về PLC

PLC là từ viết tắt của cụm từ “Programmable Logic Controller”: Bộ điều khiểnlogic có thể lập trình (khả trình) cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiểnlogic thông qua một ngôn ngữ lập trình Thực tế trong sản suất PLC là một máy tínhcông nghiệp được gắn tại chỗ với dây truyền công nghiệp

PLC thực chất cũng là một hệ vi xử lí, tuy nhiên nó có các ưu điểm nổi bật màcác hệ vi xử lí khác không có, PLC gồm các bộ phận sau:

 Hệ điều hành: Chương trình điều hành

Khối này dưới chương trình điều hành hệ thống và phân chia các bộ nhớ vớicác địa chỉ cố định đặt trước tạo nên các vùng nhớ cụ thể như:

- Vùng nhớ chương trình điều khiển

- Vùng nhớ biến trung gian

- Vùng nhớ cho tín hiệu vào và tín hiệu ra cũng như các chương trìnhgiám sát kiểm ta hệ thống

Khối này thường sử dụng bộ nhớ ROM

 Bộ nhớ chương trình

Lưu giữ chương trình điều khiển PLC, khi PLC hoạt động, nó sẽ đọc và thựchiện chương trình được ghi trong bộ nhớ này Bộ nhớ chương trình là một vùng trongRAM của CPU.

 Bảng các đầu vào, đầu ra

Hình 1.5 Cấu trúc tổng quát của PLC

 Cổng giao tiếp

Cổng giao tiếp của PLC dùng phương pháp truyền thông nối tiếp, qua cổng nàyPLC có thể nối với máy lập trình PG, các bảng điều khiển OB và nối với các PLCkhác

 Bộ đếm thời gian, bộ đếm cờ

Trong CPU có những bộ đếm thời gian (Timers), các bộ đếm (Counters) và các

cờ (Flags) mà chương trình có thể sử dụng Chương trình có thể đặt, xóa hoặc khởiphát cũng như dừng các bộ đếm thời gian Các giá trị đếm, giá trị thời gian được lưugiữ trên một vùng dành riêng cho RAM trong Cờ là các ô nhớ đặc biệt trên RAMtrong, nơi lưu giữ các kết quả trung gian trong quá trình xử lý chương trình

 Khối số học

Hình 1.6: Hoạt động của khối số học

Khối số học chứa hai thanh ghi tích lũy ACCCU1 và ACCU2 Các thanh ghinày có thể xử lí các phép toán theo byte hoặc từ Thanh ghi tích lũy là thanh ghi 16 bitđược chia thành byte thấp và byte cao

- Bus địa chỉ: Tín hiệu chỉ truyền theo một chiều từ CPU (hoặc từ thiết bịđiều khiển trực tiếp - DMAC) tới bộ nhớ hoặc cửa vào ra

- Bus số liệu: Tín hiệu trên đó truyền theo hai chiều

- Bus các tín hiệu điều khiển: Gồm một số là tín hiệu gửi từ CPU ra cònmột số lại là tín hiệu từ ngoài vào CPU

* Nguyên lý hoạt động

PLC làm việc theo nguyên tắc các chu kì lặp tự động mỗi chu kì lặp được gọi làmột vòng quét Mỗi vòng quét có một lần nhận dữ liệu vào và đưa kết quả ra bênngoài Khi hết vòng quét thứ nhất thì tự động chuyển sang vòng quét thứ hai và cứ tiếptục như vậy, trong một vòng quét thực hiện bốn bước

 Bước 1: Nhận dữ liệu đầu vào và ghi lại bảng ảnh vào

 Bước 2: Đọc chương trình điều khiển trên cơ sở dữ liệu vào đã có xử lý theochương trình được kết quả ghi lại bảng ảnh ra

 Bước 3: Thực hiện truyền thông trong PLC hoặc các PLC với nhau cũng nhưthông tin qua lại với máy tính, từ đó kiểm nghiệm lại kết quả

 Bước 4: Gửi kết quả từ bảng ảnh ra đến thiết bị chấp hành bên ngoài

Như vậy để thực hiện một chu kì quét thì mất một khoảng thời gian, thời giannày càng nhỏ càng tốt nhưng phụ thuộc vào tốc độ xử lý của mỗi loại vi xử lý nằm

trong PLC và thời gian được đặt cố định do nhà chế tạo vì vậy chương trình điều khiểnnên lập sao cho càng ngắn càng tốt.

I.3.2 GIỚI THIỆU VỀ TỰ ĐỘNG HÓA VỚI SIMATIC S7-300

I.3.2.1 Các module của PLC S7-300

Để tăng tính mềm dẻo trong ứng dụng thực tế, bộ điều khiển PLC được thiết kếkhông bị cứng hóa về cấu hình chúng được chia nhỏ thành các module Số các moduleđược sử dụng nhiều hay ít phụ thuộc vào bài toán

1 Module CPU: Trong họ PLC S7-300 có nhiều loại module khác nhau vàchúng thường được đặt tên theo bộ vi xử lý có trong nó như module CPU312,CPU314, CPU315

Những module cùng sử dụng một loại vi xử lý nhưng khác nhau về cổng vào/racũng như các khối hàm đặc biệt được tích hợp sẵn trong thư viện của hệ điều hànhphục vụ việc sử dụng các cổng vào/ra này sẽ được phân biệt với nhau trong tên gọibằng cách thêm cụm chữ cái IFM (Intergrated funtion module)

2 Module mở rộng: Các module mở rộng được chia thành 5 loại chính

+ PS (Power supply): Module nguồn nuôi, có 3 loại: 2A, 5A, 10A

+ SM (Signal module): Module mở rộng tín hiệu vào/ra bao gồm

 DI (Digital input) Module mở rộng các cổng vào số

 DO (Digital output) Module mở rộng các cổng ra số

 DI/DO (Digital input/ Digital output): Module mở rộng các cổng vào/ra số

 AI (Analog input): Module mở rộng các cổng vào tương tự

 AO (Analog output): Module mở rộng các cổng ra tương tự chúng chính lànhững bộ chuyển đổi số tương tự

 AI/AO: (Analog input/Analog output): Module mở rộng các cổng vào/ra tươngtự

+ IM (Intuface module): Module ghép nối

+ FM (Function module) Module có chức năng điều khiển riêng

+ CP (Communication module): Module phục vụ truyền thông tin trên mạng giữa cácPLC với nhau hoặc giữa PLC với máy tính

I.3.2.2 Cấu trúc bộ nhớ của CPU

* Vùng chứa chương trình ứng dụng: Vùng chứa chương trình chia làm ba miền:

 OB (Organiration block): Miền chứa chương trình tổ chức.

 FC(Function): Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm có biếnhình thức để trao đổi data với trương trình đã gọi nó

 FB (Function block):Miền chứa chương trình con được tổ chức thành hàm và

có khả năng trao đổi dữ liệu với bất cứ một khối chương trình nào khác Các data nàyphải được xây dựng thành một khối dữ liệu riêng gọi là (DB- Data block)

* Vùng chứa tham số của hệ điều hành và chương trình ứng dụng

Vùng này được phân chia thành 7 miền khác nhau bao gồm:

 I (Process image input): Miền bộ đệm các data cổng vào số

 Q(Process image output): Miền bộ đệm các data cổng ra số

 M: Miền các cờ

 T(Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian

 C(Counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm

 PI: Miền địa chỉ cổng vào của các module tương tự (I/O external input)

 PQ: Miền địa chỉ cổng ra cuả các module tương tự (I/O external output)

Vùng chứa các khối dữ liệu được chia làm 2 loại:

 DB (Data block) Miền chứa dữ liệu được tổ chức thành khối

 Local data bock: Miền dữ liệu địa phương

I.3.2.3 Vòng quét chương trình

PLC thực hiện chương trình theo chu kì lặp, mỗi vòng lặp được gọi là vòngquét (scan) Mỗi vòng quét được bắt đầu bằng giai đoạn chuyển từ các cổng vào số tới

bộ đệm ảo I, tiếp theo là giai đoạn thực hiện chương trình Trong từng vòng quétchương trình được thực hiện từ lệnh đầu tiên đến lệnh kết thúc của khối OBL (Blockend)

Sau giai đoạn thực hiện chương trình là giai đoạn chuyển các nội dung của bộđệm ảo Q tới các cổng ra số Vòng quét được kết thúc bằng giai đoạn truyền thông nội

bộ và kiểm lỗi

Hình1.7 : Vòng quét chương trình

Thời gian cần thiết để thiết lập PLC thực hiện một vòng quét gọi là thời vòngquét (scan timer) Thời gian vòng quét không cố định, như vậy giữa việc đọc dữ liệu từđối tượng để xử lý, tính toán và tín hiệu điều khiển tới đối tượng có một khoảng thờigian trễ đúng bằng thời gian vòng quét Vậy thời gian vòng quét quyết định thời gianthực hiện chương trình điều khiển trong PLC

I.3.2.4 Cấu trúc chương trình

Chương trình cho S7-300 được lưu trong bộ nhớ của PLC ở vùng dành riêngcho chương trình có thể lập với hai dạng cấu trúc khác nhau

* Lập trình tuyến tính: Toàn bộ chương trình điều khiển nằm trong một bộ nhớ.Loại hình cấu trúc này hợp với những bài toán tự động nhớ, không phức tạp Khốiđược chọn phải là khối OB1, là khối PLC luôn quét và thực hiện các lệnh trong nóthường xuyên, từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuối cùng và lại quay lại lệnh đầu tiên

* Lập trình có cấu trúc: Chương trình được chia thành những phần nhỏ với từngnhiệm vụ riêng và những phần này nằm trong những khối chương trình khác nhau.Loại hình cấu trúc này phù hợp với những bài toán điều khiển nhiều nhiệm vụ và phứctạp PLC S7-300 có 4 loại khối cơ bản sau:

 Loại khối OB (Organization block): Khối tổ chức và quản lý chươngtrình điều khiển

 Loại khối PB (Program block): Khối chương trình với chức năng riênggiống như một chương trình con hoặc một hàm (chương trình con cóbiến hình).

 Loại khối FB (Function block): Là loại khối đặc biệt có khả năng trao đổi một lượng dữ liệu lớn với các khối chương trình khác

 Loại DB (Data block): Khối chứa các dữ liệu cần thiết để thực hiệnchương trình Các tham số của khối do người dùng tự đặt Một chươngtrình ứng dụng có thể có nhiều khối OB, các nhóm OB này được phânbiệt với nhau bằng một số nguyên nhóm kí tự Khối OB1 luôn dượcnhóm PLC quét và thực hiện các lệnh từ lệnh đầu tiên đến lệnh cuốicùng và quay lại lệnh đầu tiên

I.3.2.5 Ngôn ngữ lập trình của S7-300

Các loại PLC nói chung thường có nhiều ngôn ngữ lập trình nhằm phục vụ cácđối tượng khác nhau PLC có 3 ngôn ngữ lập trình cơ bản đó là:

- Ngôn ngữ “liệt kê lệnh”, kí hiệu là STL (Statement list)

- Ngôn ngữ “hình thang” kí hiệu là LAD (Ladder logic)

- Ngôn ngữ “hình khối” kí hiệu là FBD(Funtion block diagram)

Một chương trình viết trên LAD hoặc FBD có thể chuyển sang được dạng STLnhưng ngược lại thì không Trong STL có nhiều lệnh mà trong LAD hoặc FBD không

có

I.3.3 Các lệnh và biểu diễn số trong chương trình

Ngôn ngữ PLC S7-300 được trang bị những công cụ toán học mạnh giúp chonhững ứng dụng và phát triển chương trình điều khiển mềm dẻo và dễ dàng

I.3.3.1 Biểu diễn số thực

Do dữ liệu sử dụng là số thực nên ở đây chỉ đưa ra cách biểu diễn số thực trong các ônhớ Số thực luôn bược biểu diễn thành dãy 32 bits

* Bit s là bit dấu (s = 0 số dương, s = 1 số âm)

* Phần e chỉ số mũ

* Phần f: phần hệ số F = b0.2-1+ b1.2-2+ b2.2-3+ …+ b22.22-23

* uk = (-1)s2e-127.(1+f)

I.3.3.2 Thanh ghi trạng thái và cấu trúc lệnh

* Cấu trúc lệnh

Ví dụ: Nhãn: L PIW304 // đọc nội dung cổng vào

* Thanh ghi trạng thái

Khi thực hiện lệnh CPU sẽ ghi lại trạng thái phép tính trung gian cũng như kếtquả vào một thanh ghi đặc biệt 16 bits gọi là thanh ghi trạng thái, nhưng chỉ sử dụng 9bits

- FC: Khi thực hiện dẫy lệnh logic liên tiếp, FC có giá trị 1 FC = 0 khi dãy lệnh kếtthúc

- RLO: Kết quả tức thời của phép tính logic vừa thực hiện

- STA: Bit trạng thái này luôn có giá trị logic tiếp điểm được chỉ định trong lệnh

- OR: Ghi lại giá trị phép tính logic hoặc cuối cùng được thực hiện để giúp cho việcthực hiện phép tính và sau đó

- OS: Ghi lại giá trị bit bị tràn ra ngoài giá trị bảng ô nhớ

- CC0 và CC1: Hai bit báo trạng thái kết quả phép tính với số nguyên, số thực, phépdịch chuyển hoặc phép tính logic trong ACCU

001

010

Kết quả bằng 0Kết quả nhỏ hơn 0Kêt quả lớn hơn 0

Khi thực hiện lệnh toán học như cộng, trừ, nhân, chia với số thực, số nguyên

* Các lệnh logic tiếp điểm

+ Lệnh gán

Cú pháp = <toán hạng>

Toán hạng là địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Lệnh gán giá trị logic của RLOtới ô nhớ có địa chỉ trong toán hạng.

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D,T,C

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Ngược lại FC = 1

nó thực hiện phép tính và giữa RLO với toán hạng và ghi kết quả vào RLO Lệnh tácđộng vào thanh ghi trạng thái như sau:

+ Lệnh thực hiện phép tính và với giá trị nghịch đảo

Cú pháp: AN <Toán hạng>

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D,T,C

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic nghịch đảo của toán hạng vào RLO KhiFC=1 nó thực hiện phép tính nghịch đảo giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toánhạng và ghi kết quả vào RLO

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

+ Lệnh thực hiện phép tính hoặc

Cú pháp: O <Toán hạng>

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D,T,C

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Khi FC=1 nó thựchiện phép tính hoặc giữa RLO với toán hạng và ghi kết quả vào RLO

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

+ Lệnh thực hiện hoặc với giá trị nghịch đảo:

Cú pháp: ON <Toán hạng>

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D,T,C

Nếu FC = 0 lệnh sẽ gán giá trị logic của toán hạng vào RLO Khi FC=1 nó thựchiện phép tính hoặc giữa RLO với giá trị nghịch đảo của toán hạng và ghi kết quả vàoRLO

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

+ Lệnh gán có điều kiện giá trị logic 1 vào ô nhớ

Cú pháp: S <Toán hạng>

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Nếu RL0 = 1, lệnh sẽ gán 1 vào ô nhớ có địa chỉ toán hạng

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

+ Lệnh gán có điều kiện giá trị logic 0 vào ô nhớ

Cú pháp: R <Toán hạng>

Toán hạng là dữ liệu kiểu BOOL hoặc địa chỉ bit I,Q,M, L,D

Nếu RLD = 1 lệnh sẽ gán giá trị 0 vào ô nhớ có địa chỉ toán hạng

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

* Các lệnh làm việc với thanh ghi ACCU1, ACCU2:

Mọi phép tính trên số thực, số nguyên, các phép tín với mảng nhiều bit đều thựchiện trên hai thanh ghi này

Cú pháp: L <Toán hạng>

Toán hạng là số nguyên, số thực, nhị ohaan hoặc địa chỉ

Ví dụ: Toán hạng là địa chỉ một từ kép: ID, QM, MD, DBD, DID trong khoảng

từ 0-65534

Lệnh này có tác dụng chuyển nội dung của ACCU1 vào ô nhớ có địa chỉ là toánhạng, nội dung cũ của ACCU2 không thay đổi, lệnh không sửa đổi thanh ghi trạngthái

+ Lệnh dịch trái thanh ghi ACCU1

Cú pháp: SLD <Toán hạng>

Lệnh có thể có hoặc không có toán hạng nếu có toán hạng thì toán hạng là sốnguyên không dấu trong khoảng 0-32 Số bít dịch chỉ trong toán hạng Tại mỗi lầndịch bít thứ 31 bị đẩy ra ACCU1 và ghi vào CC1 còn bít đầu được ghi 0

Nếu không có toán hạng thì số bít được dịch là nội dung byte thấp của thanhACCC2

Lệnh tác động vào thanh ghi trạng thái như sau:

010

Kết quả bằng 0Kết quả nhỏ hơn 0Kêt quả lớn hơn 0

+ Lệnh cộng: +R

Lệnh không có toán hạng Thực hiện cộng hai số thực phẩy động nằm trong haithanh ghi Accu1 và Accu2, kết quả được ghi vào Accu1, nội dung thanh ghi Accu2không thay đổi.

+ Lệnh trừ: -R

Lệnh không có toán hạng Thực hiện trừ hai số thực phẩy động nằm trong thanhghi Accu2 cho số thực phẩy động nằm trong thanh ghi Accu1, kết quả ghi vào thanhghi Accu1 Nội dung thanh ghi Accu2 không thay đổi

+ Lệnh nhân: *R

Lệnh không có toán hạng Thực hiện nhân hai số thực phẩy động nằm trong haithanh ghi Accu1 và Accu2, kết quả ghi vào thanh ghi Accu1 Nội dung thanh ghiAccu2 không thay đổi

+ Lệnh chia: /R

Lệnh không có toán hạng Thực hiện chia hai số thực nằm trong thanh ghiAccu2 cho số thực trong Accu2, kết quả ghi vào thanh ghi Accu1 Nội dung thanh ghiAccu2 không thay đổi

* Các lệnh điều khiển chương trình

Tốc độ truyền động là đại lượng điều chỉnh chính, vì vậy thiết bị đo tốc độ cóvai trò quan trọng quyết định đến chất lượng động và tĩnh của truyền động Hiện nay

đo tốc độ trong hệ truyền động, người ta thường dùng:

1 Máy phát tốc một chiều

Yêu cầu đối với máy phát tốc một chiều là điện áp một chiều có chứa ít thànhphần xoay chiều tần số cao và tỉ lệ với tốc độ động cơ, không bị trễ nhiều về giá trị vàdấu so với biến đổi đại lượng đo Ngoài ra còn có yêu cầu điện áp một chiều phát rakhông phụ thuộc vào tải, vào nhiệt độ

Để đảm bảo yêu cầu trên, máy phát tốc một chiều phải có từ thông không đổitrong toàn vùng điều chỉnh tốc độ Vì vậy phải hạn chế tổn thất mạch từ bằng việc sửdụng vật liệu từ có trễ hẹp và sử dụng lá thép kỹ thuật điện mỏng (hạn chế tổn thấtdòng điện xoay) Độ chính xác của phát tốc một chiều phụ thuộc vào tải, mặt khácnhiệt độ cuộn dây thay đổi ảnh hưởng tới điện trở phần ứng máy phát làm cho điện ápcủa máy phát thay đổi Điện áp đầu ra của máy phát tốc còn bị thay đổi do điện trở củachổi than Cuối cùng là ảnh hưởng của phản ứng phần ứng tới hệ số tỉ lệ Điện áp đầu

ra máy phát tốc bao gồm cả thành phần xoay chiều và sóng điều hòa do tổng số thanhdẫn của máy phát Các sóng điều hòa này có tần số cao nên có thể bố trí mạch lọc Tuyvậy ở một số máy phát tốc lại phát ra thành phần xoay chiều tần số thấp, không thể lọcđược, ảnh hưởng xấu tới chất lượng điều chỉnh Để đảm bảo chất lượng điều chỉnh cácthành phần xoay chiều không được vượt quá 10% thành phần một chiều và đảm bảoquan hệ tuyến tính giữa điện áp ra và tốc độ chính xác nhỏ nhất là 1%

Hình 1.8: Đặc tính đo máy phát tốc một chiều

2 Máy phát tốc xoay chiều

Phần rotor là nam châm vĩnh cửu, stator là cuộn dây Điện áp ra máy phát tốc:

t p K

U0   cos p Là điện áp xoay chiều, biên độ và tần ssoos của nó tỉ lệ với tốc độquay Phát tốc không xác định được chiều quay nên phải lắp thêm mạch xác định chiềuquay Để lấy tín hiệu ra người ta dùng mạch chỉnh lưu Hình 1.9 là sơ đồ nguyên lý đotốc độ bằng máy phát xoay chiều đầu ra bộ chỉnh lưu có bố trí bộ lọc RC

Hình 1.9 : Mạch đo tốc độ bằng máy phát tốc xoay chiều ba pha

3 Đo tốc độ bằng xung và số(Encoder)

Máy phát tốc độ xung phát ra z xung trong một vòng quay, tần số xung ra:

xung để tăng số xung trên đầu ra.

Hình 1.10 : Mạch nhân xung đầu ra phát tốc xung

- Lấy tín hiệu tương tự trên đầu ra phát tốc xung với mục đích tạo ra tín hiệu U

 trên đầu ra của phát tốc xung ta dùng mạch biến đổi f/U

- Chuyển tín hiệu phát tốc xung ra tín hiệu số: Trong hệ điều khiển số truyềnđộng điện cần lấy số liệu bằng số tín hiệu tốc độ, người ta dùng máy phát tốc xung sau

đó biến đổi ra số đưa vào máy tính Có hai phương pháp đánh giá: Đo tần số (đếm sốxung trong thời gian Tm) và Đo chu kỳ xung (đếm xung nhịp giữa hai xung)

Đo tần số: Thời gian xung cố định được tính:

n m

f

d

T 

Trong đó: d là tỉ số chia xung, fn là tần số xung nhịp

Xung đo từ phát tốc đưa vào bộ đếm, trong thời gian Tm bộ đếm đưa ra số Nchỉ giá trị tốc độ bằng hằng số

f

d f T N

N  m. n  n.2

Dung lượng bộ đếm tỉ lệ nghịch với tốc độ quay

Trong thực tế những mạch truyền động cũng như hệ truyền động trong phòng thí nghiệm thì người ta thường dùng Encoder để lấy tín hiệu phản hồi âm tốc độ.

Nguyên lý cơ bản của encoder, đó là một đĩa tròn xoay, quay quanh trục Trênđĩa có các lỗ (rãnh) Người ta dùng một đèn led để chiếu lên mặt đĩa Khi đĩa quay,chỗ không có lỗ (rãnh), đèn led không chiếu xuyên qua được, chỗ có lỗ (rãnh), đèn led

sẽ chiếu xuyên qua Khi đó, phía mặt bên kia của đĩa, người ta đặt một con mắt thu.Với các tín hiệu có, hoặc không có ánh sáng chiếu qua, người ta ghi nhận được đèn led

có chiếu qua lỗ hay không Khi trục quay, giả sử trên đĩa chỉ có một lỗ duy nhất, cứmỗi lần con mắt thu nhận được tín hiệu đèn led, thì có nghĩa là đĩa đã quay được mộtvòng

Từ kết quả phân tích trên giúp ta hiểu rõ hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều điều khiển bằng PLC Đây là hệ truyền động thông minh có nhiều ưu điểm so với hệ thống truyền động kinh điển Trong chương tiếp theo sẽ nghiên cứu các phương pháp điều khiển của hệ điều khiển này.

CHƯƠNG II: PHÂN TÍCH VÀ CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN

HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ ĐIỆN KĐB BA PHAII.1 Các phương pháp điều khiển biến tần động cơ điện xoay chiều ba pha

Các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ được nghiên cứu trong rấtnhiều công trình trong đó có hai phương pháp có nhiều ưu điểm được ứng dụng là:điều khiển vectơ (FOC) và điều khiển trực tiếp momen (DTC)

II.1.1 Điều khiển vectơ (FOC)

Điều khiển vectơ có thể đáp ứng các yêu cầu điều chỉnh trong chế độ tĩnh vàđộng Nguyên lý điều khển vectơ dựa trên ý tưởng điều khiển vectơ động cơ khôngđồng bộ tương tự như điều khiển động cơ một chiều

Hình 2.1: Cấu trúc điều khiển vectơ của hệ ổn định tần số máy sử dụng ĐC KĐB

xoay chiều ba phaPhương pháp này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh của hệ thống trong quá trìnhquá độ cũng như chất lượng điều khiển tối ưu momen Việc điều khiển vectơ dựa trênđịnh hướng vectơ từ thông roto có thể cho phép điều khiển tách rời hai thành phần

dòng stator, từ đó có thể điều khiển độc lập từ thông và momen động cơ Kênh điềukhiển momen thường gồm một mạch vòng điều chỉnh tốc độ và một mạch vòng điềuchỉnh thành phần dòng điện sinh momen Kênh điều khiển từ thông thường gồm mộtmạch vòng điều chỉnh dòng điện sinh từ thông Do đó hệ thống truyền động điện động

cơ KĐB có thể tạo được đặc tính tĩnh và động cao, có thể so sánh được với động cơmột chiều

Đối với các hệ truyền động biến tần – động cơ điện xoay chiều thì cấu trúc điềukhiển vectơ dựa theo từ thông rotor là một trong những cấu trúc điều khiển hiện đạinhất Cấu trúc của hệ truyền động như hình 2.1 Phần lực gồm có động cơ KĐB xoaychiều ba pha và bộ nghịch lưu (NL) Phần điều khiển gồm các khối chủ yếu: Cácsensor đo dòng 2 pha động cơ isa và isb , máy đo tốc độ quay của động cơ; khâu chuyểnđổi 3 pha thành 2 pha tương đương i s và i s ; khâu biến đổi tọa độ (  ,  ) ra (d,q)đối với dòng điện (CTDi) và khâu biến đổi tọa độ (d,q) về (  ,  ) đối với điện áp(CTDu); khâu MHD dùng để tính góc lệch giữa vectơ từ thông rotor với trục chuẩn

)

,

(   (góc e); khâu điều chỉnh dòng (ĐCD) dùng để tính các thành phần theo trục d

và q của điện áp chuyển đổi cho động cơ (usd và usq); khâu điều chế vectơ không giandùng để tính thời gian làm việc của các khóa IGBT của khối nghịch lưu (ta tb tc); *

 làgiá trị đặt của tốc độ góc; *

sd

i là giá trị đặt thành phần theo trục d của dòng điện, đây làthành phần tạo ra từ thông rotor và ở đây được chọn bằng hằng số

II.1.2 Điều khiển trực tiếp momen (DTC)

Điều khiển trực tiếp momen cho động cơ không đồng bộ ba pha là phương phápđiều khiển trực tiếp lên momen điện từ, tốc độ là đại lượng điều khiển gián tiếp Nộidung phương pháp dựa trên tác động trực tiếp của các vectơ điện áp lên vectơ từ thôngmóc vòng stator Thay đổi trạng thái của vectơ từ thông dẫn đến thay đổi trực tiếp tớimomen điện từ của động cơ Các vectơ điện áp được chọn lựa dựa trên sai lệch của từthông stator và momen điện từ với các giá trị đặt Tùy thuộc vào trạng thái sai lệch của

từ thông và momen điện từ, một vectơ điện áp tối ưu đã định trước được chọn để điềuchỉnh đại lượng về đúng lượng đặt Đây là phương pháp điều khiển đơn giản, ít phụthuộc vào các thông số động cơ, đáp ứng momen nhanh, linh hoạt

Hình 2.2: Sơ đồ khối hệ biến tần - ĐC KĐB xoay chiều ba pha điều khiển trực tiếp

momen

* Kết luận: Qua phân tích ở trên, chúng ta thấy phương pháp điều khiển vector

có nhiều ưu điểm Bởi vì, sau khi biến đổi đưa về dạng điều khiển như động cơ điệnmột chiều kích từ độc lập, điều này dễ dàng được ứng dụng trong điều khiển truyềnđộng cho máy sản xuất Vì vậy trong luận văn này phương pháp điều khiển vectorđược chọn để nghiên cứu khảo sát hệ truyền động biến tần động cơ điện xoay chiều bapha

II.2 Xây dựng phương pháp điều khiển vectơ

Nhằm đạt được các tính năng điều khiển tương tự như động cơ một chiều ta tiếnhành mô tả động cơ đồng bộ ba pha trên hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor, nghĩa làchuyển đổi được cấu trúc mạch và các mối quan hệ phức tạp của các đại lượng ba phathành các tương quan minh bạch (dòng điện ~ từ thông, dòng điện ~ mômen) như củađộng cơ một chiều Các phương thức điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha trên

cơ sở phương pháp mô tả đó được gọi là phương thức điều khiển tựa theo từ thôngrotor

ĐC KĐB

II.2.1 Mô tả động cơ KĐB ba pha dưới dạng các đại lượng vector không gian.

Ta xét động cơ có số đôi cực p =1, trên stator có 3 cuộn dây bố trí lệch nhau

120 Dây quấn rotor của động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc thực chất làdây quấn nhiều pha, nhưng ta có thể quy về dây 3 pha (hình 2.3)

B

Yb

Hình2.3 Sơ đồ nguyên lý dây quấn của động cơ không đồng bộ

Phương trình cân bằng điện áp của mỗi cuộn có dạng :

dt

d i R

k k k

ac ab

ms BC

AC AB

cc bb aa

CC BB AÂ

c b a

C B A

L L

L L

L L

L L

L L L L

L L L L

R R R R

R R R R

Hỗ cảm giữa dây quấn stator với dây quấn rotor phụ thuộc vào góc lệch khônggian giữa 2 dây quấn và được xác định theo công thức:

)3

2cos(

)32cos(

cos

0 0 0

m aC Ca bB Bb bA Ab

m cC Cc bB Bb aA Aa

L L L L L L L

L L L L L L L

L L L L L L L

Khi viết ta coi các đại lượng điện và từ là các vector và các thông số là ma trận thông số Ta có các vector:

u u u u

u u u u

i i i i

A s

c b

a r u u

A s i i

A s

a r

0 0

0 0

0 0

R R

0 0

0 0

0 0

R R

10

L L L

L L

L

L L

L L

ms ms

ms ms

ms ms

20

L L L

L L

L

L L

L L

mr mr

mr mr

mr mr

r

2cos(

)3

2cos(

)3

2cos(

cos)

3

2cos(

)3

2cos(

)3

2cos(

cos

*)

T m

m s

s r

s

pL R pL

pL pL R

)(

)(

T m

m s

s r

s

pL R pL

pL pL R u

u

)(

)(

(2-4)

II.2.2 Quy đổi các đại lượng điện của động cơ không đồng bộ từ hệ tọa độ vector không gian (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ).

Hình2.4 Hệ tọa độ vector không gian ( a,b,c) và hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  )

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu ta quy đổi các đại lượng điện của động cơkhông đồng bộ ba pha từ hệ tọa độ vector không gian (a,b,c) về hệ tọa độ cố định trênstator ( ,  ) với quy ước là trục O trùng với trục Oa Việc chuyển đổi dựa vào

3

2

.

C B

j e

i i i i

i

2/

u u u u

u

2/

/ 1 0

6 / 1 6 / 1 3 / 2

1

Ngược lại khi quy đổi từ hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) về hệ tọa độvector không gian (a,b,c) ta có công thức:

/ 1

2 / 1 6

/ 1

0 3

/ 2

2 / 1 6 / 1

0 3

/ 2

1T

Tương tự, các ma trận thông số được quy đổi theo công thức:

T m

m

T S

T S

C L

C L

C L C

L

C R C

R

1 0 1

1 1 1

1 1 1

).

( )

(

.

.

T r C L C L

C R C R

1 1 2

1 1 2

.

.





(2-9)

Trong đó: R2, L2 là điện trở và điện kháng rotor quy đổi về 2 pha

Sau khi quy đổi ta được kết quả:

sin cos

)

Hình2.5 Hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) và hệ tọa độ cố định trên rotor (x, y)

Ta có hệ phương trình cân bằng điện áp như sau:

y

x m

x

y x

m

y x

m

i L p R i

i L

p u

i L p R i

i L

p u

i i

L p i L p R u

i i

L p i L p R u

2 2 2

1 1

2

2 2 2

1 1

2

2 2

1 1 1

1

2 2

1 1 1 1

)

.(

).cos

sin.(

)

.(

).sin

.(cos

).cos

.(sin

)

.(

).sin

.(cos

)

.(

m

m m

m m

m m

y

x

i i i i

L p R L

p L

p

L p R L

p L

p

L p L

p L

p R

L p L

p L

p R

2 2

2 2

1 1

1 1

cos sin

.

0

sin cos

.

cos sin

.

0

sin cos

0

Từ mô hình mạch của động cơ KĐB ba pha trên hệ tọa độ cố định stator ( , 

), ta nhận thấy từng cặp (u1 , u1  ); (u2x,u2y); (i1 , i1  );(i2x,i2y) có thể xem như tọa

độ của các vector không gian u1 ,u2 ,i1 ,i2 trên các hệ tọa độ ( ,  ) và (x, y) Bằngcách như vậy ta có thể quy đổi các đại lượng sang các tọa độ khác nhau

C đ nh trên stator

C đ nh trên stator (Quay ng rotor)

Hình 2.6: Biểu diễn vector dòng điện rotor trên hệ tọa độ cố định stator ( ,  ) và hệ

tọa độ cố định rotor (x, y)

Bây giờ ta thực hiện quy đổi vector dòng điện của dây quấn rotor từ hệ tọa độ

cố định trên rotor (x,y) về hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) Ta có:

i i

i

2

2 2

2

cos sin

sin cos

sin cos

2 2

2

cos sin

sin cos

i

i C i

i i

i y

c os

sin (

.

)

c os

sin (

.

)

sin

.(c os

)

sin

.(c os

).

(

)

(

2 2

2 2

2 1

1 2

2 2

2 2

2 1

1 2

2 1

1 1

1

2 1

1 1

L p i

R i

i L

p u

i i

L p i

R i

i L

p u

i L p i

L p R

u

i L p i

L p R

u

y m

y

x m

Thay u2x, u2y từ hệ (2-15) vào (2-16) và thay kí hiệu p bằng đạo hàm d/dt Sau

khi biến đổi ta nhận được hệ phương trình cân bằng điện áp

2 2

1 1

2

2 1

1 1

1

2 1

1 1

1

)

(

.

.

.

)

)

(

.

.

.

)

(

.

).

(

i L

p R

i L i

L p i

L u

i L i

L p R

i L i

L p u

i L p i

L p R

u

i L p i

L p R

u

m m

m m

2 2 2

2 2

2 2

1 1

1 1

sin

.

0

0

0

0

i i i i

L p R L L

p L

p

L L

p R L

L p

L p L

p R

L p L

p R

m

m m

(2-19)

II.2.4 Phép chuyển đổi trục tọa độ các đại lượng điện của ĐC KĐB ba pha từ hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) về hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor(d,q).

Hình 2.7 Biểu diễn vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định stator ( ,  )

và hệ tọa độ tựa theo từ thông rotor (d,q)

Thực hiện quy đổi các vector từ hệ tọa độ cố định trên stator ( ,  ) về hệ tọa

độ tựa theo từ thông rotor (d,q) quay đồng bộ với từ trường quay Trong đó trục Odtrùng với phương từ thông rotor  2 và hợp với trục O một góc 1  1.t.

Ta có công thức quy đổi:

1 1 1 1 1 1 1 1

cos sin sin cos cos sin sin cos

i i i

i

i i i

i

q d q d

1 1

sin cos

i

i i

i

i

i i

i

2

2

1 1

1 1

2 2

1

1

1 1

1 1

1 1

cos sin

sin cos

cos sin

sin cos

1 1

3

1 3

cos sin

sin cos

1 3 1

1

u

u C

2 3 2

2

u

u C u u

s q m d

m q

q s d q

m s d m d

q m d

m d

q q

q m d

m q

d d

i L p R i

L i

L p i L u

i L i

L p R i L i

L p u

i L p i L i

L p R i L u

i L i

L p i L i

L p R u

2 2 2

2 2 1

1 2

1 2 2

2 2

1 1

2

2 2

1 1 1 1 1 1 1 1

2 2

1 1 1 1 1 1

1

)

.(

.)

.(

)

.(

)

.(

s m m s

s m

s m

m m m m

L L R L L

L L L R L

L L L L R

2 2 2 2 2 2 1 1 1 1

1 1

1 1

.

.

.

Trong đó: 1 d1/dt là tốc độ góc của từ trường quay

s  1  là tốc độ trượt của rotor với từ trường quay

Các thành phần của từ thông rotor  2 được xác định theo phương trình:

q q

m q

d d

m d

i L i L

i L i L

2 2 1 2

2 2 1 2

q s q q

q

q s d d

d

p i R

u

p i R u

2 2

2 2 2

2 2

2 2 2

d r d d

i k L i

i k L i

1 2

2 2

1 2

2 2

r q

q s d d

r d

p L R i

R k u

p L R i

R k u

2 2

2 2 1

2 2

2 2

2 2 1

2 2

).

(

).

q m q

q s d

d m d

T p

T i

L u

T

T p

T i

L u

T

2 2 2 2 1

2 2

2 2 2 2 1

2 2

)

1 (

)

1 (

q m d d

m d

r q d

d

q r d r q m r d

m r d

q m q

d m d

r q d

d

k p

k i L k L p R i L k L

i pL i

L p

k i pL R i L

u

k p

k i L k L i

L k L p R u

i L i

pL p

k i L i pL R u

2 1 2

1 1

1 1 1

1

1 2

1 1 1 2 1

1 1 1 1 1 1

2 1 2

1 1

1 1 1

1 1

1 1 2 1 1 2

1 1 1 1 1 1 1

) (

) (

) (

) (

) (

) (

) (

)

r q

q r d

r q n d n d n d r d

L

k k

i pL i

R i L u

k

u

k L

k i L i

pL i

R u k

u

2 2 2 1

2 1

1 2 1

2 2

2 1 1

2 2

L1 = Lm + L1t

L2 = Lm + L2tTrong đó L1t và L2t là hệ số tự cảm tản của dây quấn stator và rotor

Vậy Ln = L1t + (1-kr)Lm

t r t n

m t t m t

m t t m t

m t

n

L k L L

L

L L L L L

L L L L L

L L

L

2 1

2

2 1 2

2 1 2

m 1

.

L 1

R

 là hằng số thời gian của mạch từ

Kết hợp (2-31) và (2-31) với chú ý là u2d = u2q =0, ta được hệ phương trình:

s q

m

q s

d d

m

q r

d r

q n

n d

q

q r

d r

d d

pT T

i L

T pT

i L

T k k

i pL

R i

L u

k T

k i

pL R

u

2 2

2 2

1

2 2

2 2

1

2 2

2 1 1

1 1 1 1

2 1

2 2

1 1

1 1

) 1

( 0

) 1

( 0

).

(

).

s m

s m

r r n n L

r r L n n

pT L L

T pT L

T k k pL R

k T k pL

R

u

r n

n

2 1

2 2 2 2 2 1

2 1

1 0

1 0

Hệ phương trình (2-34) cho ta thấy mối quan hệ giữa từ thông rotor với điện áp

và dòng điện stator Điều đó có nghĩa quan trọng trong việc phân tích hệ thống điều

chỉnh từ thông theo dòng điện stator

II.2.5 Sự biến đổi năng lượng và mômen điện từ.

Bỏ qua tổn hao sắt từ và các tổn hao phụ thì năng lượng mà động cơ tiêu thụ sẽ

chuyển hóa thành ba phần:

W = WR + WL + Wc

Trong đó: WR là tổn hao trên các điện trở dây quấn

WL là năng lượng từ trường

Wc là năng lượng cơ

Trong khoảng thời gian dt bất kỳ, năng lượng mà động cơ tiêu thụ được xác

+    L i L i i dt

dt

d i

- Thành phần i k.d , là thành phần năng lượng từ trường dWL

- Thành phần còn lại là năng lượng cơ