Đồ án điện cơ máy mài tròn

thiết kế hệ truyền động quay tròn chi tiết cho máy mài tròn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Gia công mài là một trong năm nguyên công gia công cơ bản gồm: tiện, phay, khoan – doa, bào, mài, … Nguyên công mài làm tăng độ bóng, giảm độ nhám bề mặt chi tiết gia công Đá mài

có thể gọt một lớp kim loại rất mỏng nên khi mài có thể đạt đến độ chính xác rất cao Nguyên công mài được thực hiện trên máy mài Có nhiều loại máy mài, trong đó, có hai loại chính là máy mài tròn và máy mài phẳng Ngoài ra, còn có các máy khác như máy mài vô tâm, máy mài rãnh, máy mài cắt, máy mài răng, v.v… Máy mài chiếm khoảng 25% trong số các loại máy cắt kim loại Hiện nay, mài không những dùng ở các nguyên công gia công tinh mà còn dùng ở các nguyên công gia công thô khi cần có năng suất và hiệu quả kinh tế cao Đồ án này sẽ đi sâu tìm hiểu công nghệ máy mài tròn và thiết kế hệ truyền động quay tròn chi tiết cho máy mài tròn Đồ

Phần 5: Thực hiện bộ điều khiển bằng mạch điện tử

Do thời gian có hạn và hạn chế về kiến thức cũng như thực nghiệm nên đồ án không tránh khỏi còn nhiều thiếu sót Em kính mong nhận được sự chỉ bảo, góp ý của các thầy cô và các bạn

để mang đồ án hoàn thiện và sát thực tế hơn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Minh Hà và các thầy cô trong bộ môn Tự Động Hóa

Xí Nghiệp Công Nghiệp – Khoa Điện – Đại học Bách Khoa Hà Nội đã ân cần chỉ bảo và hướng dẫn em hoàn thành đồ án

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ GIA CÔNG CẮT GỌT KIM LOẠI

VÀ CÔNG NGHỆ MÀI

1 Giới thiệu công nghệ gia công cắt gọt kim loại và công nghệ mài

1.1 Giới thiệu công nghệ gia công cắt gọt kim loại

Gia công cắt gọt kim loại là công nghệ gia công bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công có hình dạng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh) Các máy thực hiện việc gia công cắt gọt kim loại gọi chung là máy cắt kim loại Trên quan điểm công nghệ, gia công cắt gọt kim loại có mấy loại cơ bản là tiện, phay, khoan – doa, bào, mài Năm công nghệ được phân biệt nhau bởi 2 chuyển động: chuyển động chính và chuyển động ăn dao Trong đó:

- Chuyển động chính là chuyển động tạo ra lực cắt

- Chuyển động ăn dao là chuyển động cắt tạo ra phoi

Hình 1.1: Các dạng gia công trên máy cắt kim loại a) Tiện b) Khoan c) Phay d) Mài e) Bào

- Gia công trên máy tiện (a): chi tiết quay tròn, dao chuyển động tịnh tiến

- Gia công trên máy khoan (b): chi tiết đứng yên, dao chuyển động quay tròn

- Gia công trên máy phay (c): chi tiết chuyển động tịnh tiến, dao chuyển động quay tròn

- Gia công mài (d): chi tiết chuyển động quay tròn, dao chuyển động quay tròn

- Gia công bào (e): chi tiết chuyển động tịnh tiến, dao chuyển động tịnh tiến

Sau đây, sẽ chỉ đi sâu giới thiệu công nghệ mài tròn

1.2 Giới thiệu công nghệ gia công mài tròn:

Hình 1.2: Hình dạng chung của máy mài

Mài tròn có hai loại: mài tròn trong và mài tròn ngoài Trên máy mài tròn, chuyển động chính

là chuyển động quay của đá mài; chuyển động ăn dao là chuyển động tịnh tiến của ụ đá dọc trục (ăn dao dọc trục) hoặc di chuyển tịnh tiến theo hướng ngang (ăn dao ngang trục) hoặc chuyển động quay của chi tiết (ăn dao vòng) Chuyển động phụ là di chuyển nhanh ụ đá hoặc chi tiết

Có 2 phương pháp mài cơ bản: mài chạy dao dọc và mài chạy dao ngang:

- Mài chạy dao dọc: chuyển động chạy

dao hướng kính chỉ được thực hiện ở cuối

hành trình sang trái hoặc sang phải sau một

hành trình kép của bàn máy mang chi tiết

Hình 1.5: Mài chạy dao dọc

- Mài chạy dao ngang: là phương pháp có lượng chạy dao ngang, dùng để mài tròn các chi tiết có chiều dài ngắn hơn chiều rộng của

đá

Hình 1.6: Mài chạy dao ngang mài

Có hai chế độ mài: mài thô và mài tinh Khi mài thô, làm thế nào trong thời gian ngắn nhất

gọt được nhiều lớp kim loại thừa còn yêu cầu đối với chất lượng mặt ngoài và độ chính xác gia công thì tương đối thấp Khi mài tinh, chiều sâu cắt rất nhỏ; khi mài hết lớp kim loại thừa trên vật gia công, không được dùng bước tiến ngang mà cứ tiếp tục mài cho đến khi không còn phát ra tia lửa mới thôi

Mài làm tăng độ bóng, độ chính xác (độ bóng đạt cấp 8 – 10, độ chính xác đạt đến cấp 2) Mài cũng có thể cắt được các loại thép tôi cứng các loại thép dụng cụ mà các gia công khác không làm được

2 Phân tích đặc điểm, yêu cầu truyền động

Ở đây chỉ phân tích yêu cầu truyền động cho truyền động quay chi tiết mài

Rõ ràng, việc gia công phải được thực hiện với những chi tiết khác nhau, tức là có các chế

độ cắt khác nhau Các chế độ cắt khác nhau được thực hiện bằng cách điều chỉnh tốc độ truyền động chính và truyền động ăn dao Khi giải quyết vấn đề này, ta cần phải quan tâm đến các chỉ tiêu: phạm vi điều chỉnh tốc độ, độ trơn điều chỉnh, điều kiện phụ tải, chế độ làm việc, độ ổn định tốc độ và tính kinh tế của hệ thống truyền động Sau đây sẽ lần lượt đề cập đến các yếu tố đó:

- Phạm vi điều chỉnh tốc độ: trong máy mài tròn, dải điều chỉnh tốc độ được tính bởi tỉ số

giữa tốc độ quay lớn nhất và tốc độ quay nhỏ nhất Thường, các máy mài điều tốc theo cấp bằng cách điều chỉnh số đôi cực nên dải điều chỉnh bé Có thể mở rộng dải điều chỉnh bằng

cách dùng bộ biến tần để điều chỉnh trơn tốc độ cho động cơ quay chi tiết Phạm vi điều tốc càng rộng càng có nhiều chế độ gia công

- Độ trơn điều chỉnh: như đã nói ở trên, độ trơn điều chỉnh phụ thuộc cách điều tốc cho

truyền động ăn dao Điều chỉnh càng trơn thì chất lượng bề mặt gia công càng tốt

- Điều kiện phụ tải: Đặc tính cơ phụ tải được cho bởi phương trình:

đm co đm co

ƒ Mđm: Momen định mức của động cơ

ƒ Mco: Momen cản ở ω = 0 Æ động cơ không chuyển động

Hình 1.7: Đặc tính cơ phụ tải của truyền động quay chi tiết

Như vậy, nhiệm vụ của truyền động động cơ là phải làm đặc tính điều chỉnh của nó giống đặc tính cơ của máy cắt

- Chế độ làm việc: Khi gia công mài, chi tiết quay liên tục còn đá mài di chuyển trên bề

mặt vùng cần gia công Do đó, chế độ làm việc của truyền động ăn dao là chế độ làm việc dài hạn và không yêu cầu đảo chiều

- Chế độ tải: Khi hệ thống làm việc, chi tiết được lắp trên trục của tang trống và quay với

vận tốc tỉ lệ với tốc độ của trục động cơ Do đó, động cơ mang tải ngay từ đầu Do chế độ gia công khác nhau, các chi tiết khác nhau, nên không qui đổi momen quán tính của chi tiết về trục động cơ mà coi chi tiết như một tải có sẵn trên trục động cơ

- Độ ổn định tốc độ: Rõ ràng, tốc độ quay càng ổn định thì chất lượng gia công càng cao,

bề mặt mài càng nhẵn, bóng Yêu cầu đối với truyền động ăn dao máy mài: Δω% ≤ (5÷10)%

- Tính kinh tế: Thiết bị cho hệ truyền động phải rẻ, nhưng vẫn đủ cung cấp hiệu quả cao

nhất cho hệ Đồng thời, thiết bị phải dễ kiếm và hoạt động tin cậy trong chế độ dài hạn

Đến đây, ta sẽ tạm tổng kết chương 1 để rút ra yêu cầu cụ thể cho việc thiết kế hệ thống điều khiển động cơ truyền động cho chi tiết Căn cứ vào yêu cầu đề ra, ta phải thiết kế hệ thống đạt được những yêu cầu sau:

- Dải điều chỉnh tốc độ: D = ω max : ω min = 480 : 48 = 10 : 1

- Điều chỉnh vô cấp tốc độ, không yêu cầu đảo chiều

- Điều chỉnh giữ mômen không đổi và bám theo momen tải

CHƯƠNG 2: TÍNH CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG

1 Chọn phương án truyền động

Như trên đã nói, chuyển động quay của chi tiết mài chính là chuyển động ăn dao Đối với máy mài tròn, ở các máy cỡ nhỏ, truyền động quay chi tiết (truyền động ăn dao) thường dùng động cơ không đồng bộ nhiều cấp tốc độ, điều tốc bằng cách điều chỉnh số đôi cực Ở các máy lớn thì dùng hệ thống bộ biến đổi - động cơ một chiều/động cơ đồng bộ Công suất mà đề bài yêu

cầu là nhỏ, do đó ở đây sẽ dùng động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc để truyền động

quay chi tiết Trước đây, động cơ điện một chiều thường được ưa chuộng hơn, kể cả trong dải công suất nhỏ vì tính điều chính đơn giản và tuyến tính của nó Tuy nhiên, ngày nay, công nghệ điện tử và vi điều khiển phát triển mạnh mẽ, việc điều khiển động cơ không đồng bộ không còn

là khó khăn nữa, hơn nữa động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc rẻ hơn động cơ một chiều cùng công suất nhiều và rất phổ biến trên thị trường với dải công suất rộng, do đó, hoàn toàn phù hợp cho ứng dụng của chúng ta

Do yêu cầu điều chỉnh trơn tốc độ nên ta dùng bộ biến tần để cấp nguồn cho động cơ Hơn

nữa, việc dùng biến tần cho ta dễ dàng mở rộng dải điều chỉnh, dễ dàng áp đặt các kỹ thuật điều khiển hiện đại, áp đặt nhanh và chính xác momen, điều chỉnh trơn và ổn định tốc độ Ngoài ra, biến tần hoạt động tin cậy và chắc chắn, dễ dàng cài đặt tham số điều khiển, có thể dùng 1 biến tần cho nhiều loại truyền động Do đó, việc sử dụng biến tần đã trở thành một chuẩn công nghiệp

Có nhiều hãng lớn sản xuất biến tần rất nổi tiếng như ABB, Siemens, … với các sản phẩm rất nổi tiếng trên thị trường, tuy nhiên ở đây, ta sẽ thiết kế lại bộ biến tần để phục vụ cho bài toán yêu cầu mà không sử dụng biến tần sẵn có

Biến tần có 2 loại: biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp phân biệt nhau bởi khâu trung gian một chiều giữa bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu Sau đây sẽ phân tích ưu nhược điểm của từng loại để chọn ra loại biến tần thích hợp nhất với ứng dụng của ta

1.1.Biến tần trực tiếp (Cycloconverter)

Hình 2.1: Biến tần trực tiếp sơ đồ tia 3 pha

Ưu điểm:

- Mạch chỉ cần dùng van Tiristor thông thường, quá trình chuyển mạch theo điện áp lưới

- Bộ biến tần không sử dụng khâu trung gian một chiều nên hiệu suất rất cao

- Có khả năng làm việc ở tần số thấp thậm chí ngay cả khi có sự cố

- Thường sử dụng cho dải công suất rất lớn đến vài chục MW

1.1.1 Biến tần nguồn dòng

Hình 2.2: Biến tần nguồn dòng

Khâu trung gian một chiều là cuộn kháng Lf, thực hiện chức năng nguồn dòng cho bộ

nghịch lưu

Ưu điểm:

- Có khả năng trả năng lượng về lưới

- Không sợ chế độ ngắn mạch vì dòng điện một chiều được giữ không đổi

- Phù hợp cho dải công suất lớn trên 100 kW

Nhược điểm:

- Hiệu suất kém ở dải công suất nhỏ

- Cồng kềnh vì có cuộn kháng

- Hệ số công suất thấp và phụ thuộc vào phụ tải nhất là khi tải nhỏ

Do đó, với ứng dụng máy mài với tải chỉ vào khoảng 2,2kW của ta, biến tần nguồn dòng

rõ ràng là không phù hợp

1.1.2 Biến tần nguồn áp:

Hình 2.3: Biến tần nguồn áp

Khâu trung gian một chiều là tụ Cf, thực hiện chức năng nguồn áp cho bộ nghịch lưu

Ưu điểm:

- Phù hợp với tải nhỏ, dưới 30kW

- Hệ số công suất của mạch lớn (gần bằng 1)

- Hình dạng và biên độ điện áp ra không phụ thuộc tải, dòng điện cho tải qui định

- Có thể áp dụng kỹ thuật PWM để giảm tổn hao do sóng hài bậc cao, khử đập mạch momen

Nhược điểm:

- Không trả được năng lượng về lưới, nếu muốn trả năng lượng về lưới phải mắc thêm một khâu chỉnh lưu mắc song song ngược với khâu chỉnh lưu ban đầu hoặc dùng chỉnh lưu PWM hay biến tần 4 góc phần tư

Như vậy, đến đây, ta thống nhất chọn bộ biến đổi là biến tần nguồn áp Phần tiếp theo sẽ chọn phương pháp điều khiển cho loại biến tần này

1.3.Phương pháp điều khiển biến tần:

Có rất nhiều phương pháp điều khiển cho biến tần nguồn áp Phổ biến trong công nghiệp là điều khiển theo luật const

f

U = , điều khiển theo hệ số trượt, điều khiển tựa từ thông rotor (FOC)

và gần đây điều khiển trực tiếp momen (DTC) cũng xuất hiện trong các bộ biến tần công nghiệp thay thế cho FOC Đồ án này chủ định nghiên cứu ứng dụng phương pháp DTC cho điều khiển

bộ biến tần nguồn áp vì một số lí do sau:

- Phương pháp DTC cho phép áp đặt rất nhanh momen do đó, hoàn toàn phù hợp với ứng dụng máy mài

- Phương pháp DTC cho phép có thể điều chỉnh với độ chính xác là tùy ý

- Mô hình đơn giản, không phụ thuộc nhiều tham số, do đó, không bị ảnh hưởng bởi sai lệch do tham số của động cơ như các phương pháp khác

- Không phải thực hiện phép quay tọa độ do đó, thời gian tính toán nhanh

- Tuy vậy, DTC cũng có nhược điểm: đáp ứng ở tốc độ thấp rất kém; đáp ứng momen không trơn, độ nhấp nhô momen phụ thuộc dải trễ và khó có thể khắc phục sự nhấp nhô momen này

- Và một lý do nữa, là DTC dù ra đời đã lâu nhưng chưa phổ biến ở Việt Nam (ở Việt Nam phổ biến dùng DTC và U/f) mà phổ biến ở các nước châu Âu Trong quá trình hội nhập, các bộ điều khiển của nước ngoài chắc chắn sẽ tràn vào Việt Nam, cho nên, em muốn đi sâu tìm hiểu, học hỏi và thử nghiệm phương pháp DTC nhằm ứng dụng sau này

Kết luận: phần tiếp theo, ta sẽ đi sâu vào thiết kế hệ truyền động biến tần nguồn áp – động cơ không đồng bộ ba pha – rotor lồng sóc – phương pháp điều khiển trực tiếp momen

2 Chọn động cơ

Yêu cầu của hệ thống:

- Momen cực đại (Mmax): 25Nm

- Tốc độ quay chi tiết (n): 48 ÷ 480 vòng/phút

- Tỉ số truyền (i): 3

- Hiệu suất (η): 0,8

- Momen quán tính cơ cấu (J): 0,009 kg/s2

™ Phạm vi điều chỉnh tốc độ, quy đổi về trục động cơ

Tốc độ bé nhất của chi tiết:

nminct = 48 vòng/phút Î ωminct = 5,03

2/60

™ Tính quy đổi tốc độ về trục động cơ qua hộp số có tỉ số truyền i = 3

ωmin = i ωminct = 3 5,03 = 15,09 rad/s

ωmax = i ωmaxct = 3 50,3 = 150,9 rad/s

™ Tính Mômen quy đổi về trục động cơ

Momen cực đại ở tang trống Mmax = 25Nm Î momen qui đổi:

Mqd = 10,42

3.8,0

25

Trên cơ sở đó, ta chọn động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc của ABB có thông số như sau:

- Tên: M3AA 100LC 3GAA 102 313 - •• CG2

™ Tính toán tham số động cơ

Hình 2.1: Mạch điện thay thế một pha động cơ không đồng bộ

Do yêu cầu xây dựng bộ điều khiển cho động cơ, ta phải xây dựng được mô hình động cơ

Để xây dựng được mô hình động cơ, ta phải xác định các đại lượng sau: Rs, Rr’, Lsσ, Lrσ, LM. Công suất định mức đưa vào động cơ:

53,2868,0

220077

,0.8,4.400.3cos

=

η

ϕ đm đm

đm vdm

P I

U

Tốc độ đồng bộ:

15002

50.60

n n

th th

as 2 s

s s s

s a 1 M 2 M

++

U p M

2 nm

2 s s 1

2 đm 1

++

=

r s

2 s

' r th

X R

R s

s a 1 M 2 as

2 s

s s s

s a 1 M 2 M

th th

th

th th

th đm

th th đm

th th

++

+

=+

s s 1

s a 1 M 2 M

th th

th

th th

++

R s

2 nm

2 s

' r

, 7 X X

11 , 2 R

32 , 3 R

' r s

' r s

' r s

σ σ σ

' r s in

in

X

X 1 s

R R X 1

s

R R cos

Z Z Re

+

=

=

μ μ

+

=

mH 3 , 237 L

55 , 74 X 77 , 0 11 , 48

X

X 1 s

R R X 1

s

R R cos

.

nm 2

đm

' r s 2

đm

' r s in

μ μ

μ μ

009,0009,

đc

3 Chọn thiết bị cho bộ biến đổi

Nhận xét, máy mài dùng trong công nghiệp sử dụng điện áp 3 pha có Udây = 380V trong khi

đó, động cơ mà ta đã chọn dùng điện áp 400V Do đó, ta không cần điều chỉnh điện áp DC bus của đầu ra chỉnh lưu Do đó, mạch chỉnh lưu sẽ dùng diode và không cần mạch xung áp để thay đổi DC bus Khi đó, theo hướng dẫn mà nhà sản xuất ABB đưa ra, dòng điện định mức của mỗi

pha động cơ sẽ là: I đm-380 = 1,05.I đm – 400 = 1,05.4,8 = 5,04 A Trên cơ sở đó, ta chọn các van cho phù hợp

Mạch nghịch lưu có đầu vào là khâu trung gian một chiều, đầu ra là điện áp ba pha nối vào động cơ Dòng cực đại mỗi pha động cơ chính là dòng đỉnh qua mỗi van Bằng thuật toán điều

khiển, ta có thể giới hạn dòng điện khởi động – là dòng cực đại qua mỗi pha động cơ không vượt quá 2,5 lần dòng điện định mức Do đó, dòng hiệu dụng lớn nhất qua van

I max = 2,5.I đm = 2,5.5,04=12,6A.

Dòng một chiều của khâu trung gian một chiều:

6 , 14 861 , 0

6 , 12 861 , 0

380 34 , 2 3

U 34 , 2

Điện áp ngược lớn nhất mà các van của mạch chỉnh lưu cũng như nghịch lưu phải chịu:

539 3

380 45 , 2 3

U 45 , 2

max

3.1.Chọn van cho mạch nghịch lưu

Van nghịch lưu làm mát bằng tản nhiệt nhôm và quạt gió, chọn hệ số dự trữ về dòng ki = 2,5 Suy ra dòng Collector của van bằng:

I cmax = 12,6.2,5 = 31,5 A

Điện áp đánh thủng (VBreakDown) của van nghịch lưu phải lớn hơn Udcbus = 514,8V Ở chế độ chỉnh lưu, van còn phải chịu được điện áp ngược Ungmax = 539V Chọn hệ số dự trữ về áp ku = 1,1 suy ra:

V breakdown = 1,1 514,8 = 566,3V

V ngmax = 1,1.539 = 592,9

Trên cơ sở đó, chọn ra 6 van IGBT 1MBH30D-060 của hãng Fuji Electric có đặc tính như

sau:

- Công suất tiêu thụ lớn nhất 220W

Sơ đồ mạch nghịch lưu như sau:

Q1 1MBH30D-060

Q4 1MBH30D-060

C1

3300uF - 630V

Q3 1MBH30D-060

Q6 1MBH30D-060

Q5 1MBH30D-060

Q2 1MBH30D-060

Hình 2.2: Sơ đồ mạch nghịch lưu

3.2.Chọn van cho mạch chỉnh lưu:

Mạch chỉnh lưu như trên đã phân tích dùng chỉnh lưu diode mắc theo sơ đồ cầu 3 pha để điện

áp ra đạt nhấp nhô nhỏ nhất (đập mạch 6 lần trong 1 chu kỳ)

Chọn hệ số dự trữ về dòng ki = 2,5 suy ra dòng qua van:

3.3.Chọn tụ cho khâu trung gian một chiều

Khâu trung gian một chiều là tụ có dung lượng lớn Thường chọn theo kinh nghiệm và theo công suất tải: cứ 1W tải thì ứng với 1 ÷ 2μ dung lượng tụ

Công suất mà nghịch lưu cần cấp cho động cơ đã tính ở trên: Pvdm = 2,53kW do đó, tụ cần chọn có dung lượng cỡ khoảng 2530 ÷ 5060μ Tuy nhiên, tụ thường được chế tạo theo cấp 1000,

2200, 3300μ, … do đó ở đây, ta chọn tụ có dung lượng 3300μ là đủ

Như trên đã tính, EDCBus = 513,4 V Cấp điện áp của tụ phải lớn hơn hoặc bằng 513,4V Do tụ được chế tạo theo các cấp 385V, 400V, 630V, 1000V, … Nên ở đây, ta chỉ cần chọn tụ có cấp điện áp 630V là đủ

Kết luận: như vậy, đến đây, ta đã chọn xong động cơ và các thiết bị cần thiết của biến tần cấp cho động cơ Công việc tiếp theo là điều khiển biến tần, cấp điện cho động cơ một cách hợp lý để đạt được yêu cầu công nghệ đã phân tích ở chương một Việc tổng hợp bộ điều khiển được thực hiện ở chương tiếp theo.

CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU CHỈNH

I Tổng hợp bộ điều chỉnh DTC:

1 Nguyên lý của phương pháp DTC

DTC là từ viết tắt của Direct Torque Control, tức là phương pháp điều khiển trực tiếp mômen Đây là một phương pháp mới xuất hiện vào giữa những năm 80, do Depenbrock và Takahashi độc lập đề xuất trong hai tài liệu : “Mirekte Selbstregelung (DSR) fur hochdynamische Drehfeldantriebe mit Stromrichterspeisung” – Depenbrock 1988 và “ A new quick Response and High-Efficiency control sreategy of an induction motor” – Takahashi 1986 Động cơ không đồng

bộ đầu tiên được điều khiển bằng phương pháp DTC được ra mắt vào năm 1995 do hãng ABB chế tạo

Đây là một phương pháp 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 không đồng bộ mà không cần đến điều chế độ rộng xung áp của biến tần Do sử dụng công nghệ bán dẫn tiên tiến với các phần tử tính toán có tốc độ cao mà phương pháp điều chỉnh trực tiếp mômen cho các đáp ứng đầu ra thay đổi rất nhanh, cỡ vài phần nghìn giây

Phương pháp điều khiển DTC cho phép điều khiển động cơ không đồng bộ theo một nguyên lý đơn giản :

δΨΨΨ

Ψ

L L L

L 2

' p 3 L L L

L 2

' p 3 i.

2

' p 3

m r s

m s

r 2 m r s

m s

Đây là biểu thức tính mômen trong hệ tọa độ tĩnh, gắn chặt với trục dây quấn stator (α,β).Véc tơ từ thông rotor thường biến thiên chậm hơn véc tơ từ thông stator, do đó có thể đạt được giá trị mômen theo yêu cầu bằng cách quay véctơ từ thông stato cáng nhanh càng tốt theo hướng nào đó, làm thay đổi góc mômen δ Biến đổi (3.1 – 1) ta có:

2 m r s

L L L

L 2

' p 2

s s

Véctơ U có thể lấy các giá trị gián đoạn: s [ j 2 / 3 c]

b 3 / 2 j a dc

3

U 2

Có thể điều khiển phân ly biên độ từ thông stator và mômen điện từ M bằng cách tác động vào các thành phần hướng kính và thành phần tiếp tuyến của vétơ từ thông móc vòng stator trong quỹ đạo của nó

a 0 1 1 0 0 0 1 1

b 0 0 1 1 1 0 0 1

c 0 0 0 0 1 1 1 1

Bảng 3.1: Véctơ điện áp ứng với trạng thái khóa S abc

Từ phương trình (3.1 – 2) ta thấy, giả sử, vector từ thông Stator đang ở một sector nào đó Bằng việc thực hiện một vertor điện áp thích hợp sẽ làm cho modul vector từ thông Stator, góc momen δ và do đó, momen thay đổi

Hình 3.2: Sự thay đổi của vector từ thông theo vector điện áp

Như vậy, bằng việc thay đổi vector điện áp một cách thích hợp, vector từ thông sẽ quay tròn trong không gian với modul nằm trong một dải trễ nào đó Bằng việc phân tích yêu cầu tăng giảm từ thông và momen trong mỗi sector, ta thu được bảng 3.2 là chiến lược đóng cắt tối ưu cho nghịch lưu áp để thực hiện DTC