Bài giảng Truyền động điện DC & AC

 ĐẠI HỌC NHA TRANG 
 Bài giảng 
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 
DC & AC 
 Biên soạn: ThS. Trần Công Binh 
THÁNG 8 NĂM 2010 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 1 
TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN (DC & AC) 
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ 
 I.1: Đặc tính cơ của tải 
 I.2: Đặc tính cơ của động cơ 
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều 
 II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC) 
ƒ Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC 
ƒ Điều khiển tốc độ động cơ DC 
ƒ Các trạng thái hãm 
 II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu 
ƒ Giới thiệu 
ƒ Bộ chỉnh lưu 1 pha 
ƒ Bộ chỉnh lưu 3 pha 
 II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper) 
ƒ Bộ chopper giảm áp 
ƒ Bộ chopper tăng áp 
ƒ Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp 
ƒ Mạch cầu H điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư 
Chương III: Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ một chiều 
 III.1: Mô hình động của động cơ DC 
 III.2: Bộ điều khiển PID 
 III.1: Điều khiển vòng kín động cơ DC 
ƒ Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ DC 
ƒ Điều khiển vòng kín tốc độ động cơ DC 
ƒ Điều khiển moment động cơ DC 
ƒ Điều khiển vị trí động cơ DC 
ƒ Bộ điều khiển động cơ DC (DC Drive) 
Chương IV: Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha 
 IV.1: Động cơ không đồng bộ ba pha (ĐCKĐB) 
ƒ Đặc tính cơ tĩnh ĐCKĐB ba pha 
ƒ Khởi động mềm ĐCKĐB ba pha 
 IV.1: Điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha 
ƒ Điều khiển khởi động bằng cách thay đổi điện trở rotor 
ƒ Điều khiển điện áp phần ứng 
ƒ Điều khiển tần số bằng phương pháp V/f 
Chương V: Điều khiển vector động cơ không đồng bộ ba pha 
 V.1: Bộ nghịch lưu ba pha và Vector không gian 
ƒ Bộ nghịch lưu ba pha. 
ƒ Vector không gian và hệ toạ độ satator (αβ). 
 V.2: Hệ qui chiếu quay 
ƒ Hệ toạ độ từ thông rotor (dq). 
ƒ Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq. 
 V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệt toạ độ từ thông rotor 
ƒ Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu. 
ƒ Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr). 
 V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha 
ƒ Điều khiển PID 
ƒ Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha. 
 V.5: Bộ biến tần 
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 2 
Chương I: Động học hệ thống động cơ - tải cơ 
I.1: Đặc tính cơ của tải 
 I.1.1: Đơn vị của các đại lượng cơ học: 
 I.1.2: Phương trình moment cơ bản 
dt
dJMM cco
ω=− 
Mcơ > Mc tải cơ tăng tốc. 
Mcơ < Mc tải cơ giảm tốc. 
Mcơ = Mc tải cơ chạy với tốc độ ổn định – xác lập – trạng thái tĩnh. 
 I.1.3: Các thành phần của moment cản Mc: 
2
mstmsktc .CMM.BMM ω+++ω+= 
Mt Moment tải 
B.ω Moment ma sát nhớt 
Mmsk Moment ma sát khô 
Mmst Moment ma sát tĩnh 
C.ω2 Moment cản của quạt gió làm mát 
Thông thường, các đại lượng khác khá nhỏ, nên khi bỏ qua: ω+= .BMM tc 
 I.1.4: Một số dạng đặc tính tải thường gặp: 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 3 
 Tải moment hằng số Tải moment thay đổi theo tốc độ 
(Thang máy, cần cẩu, băng chuyền,) (Bơm, quạt,) 
 I.1.5: Moment quán tính: 
∑∑
== ⎟
⎟
⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛+⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ ω+=
k
1j
2
j
j
n
1i
2
i
im 2
v
m
2
JJJ 
Jm moment quán tính của trục động cơ. 
Ji , ωi moment quán tính, tốc độ của phần tử quay thứ i. 
mj , vj khối lượng, tốc độ của phần tử chuyển động tịnh tiến thứ j. 
 I.1.6: Các chế độ làm việc: 
ω 
 Mt 
ωđm 
Mđm 
ω 
 Mt 
ωđm 
m 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 4 
a) Hãm tái sinh: 
 _ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
b) Hãm ngược: 
 _ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt. 
c) Hãm động năng: 
 _ Pđiện = 0: cách ly với nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
Công suất cơ chuyển thành nhiệt. 
 I.1.7: Điều kiện ổn định tĩnh: 
ω>ω d
dM
d
dM coc 
 I.1.8: Thông số của hệ thống điện cơ: 
_ Độ cứng đặc tính cơ: ω=β d
dM
_ Công suất định mức. 
. 
I.2: Đặc tính cơ của động cơ 
 I.2.1: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC: 
I, Mcơ
0 
ωolt 
ωo ωđm
Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ 
ω
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 5 
Kích từ độc lập: ( ) co2u Mk
R
k
U
Φ−Φ=ω uco IkM Φ= ωΦ= kE 
 I.2.2: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp: 
Kích từ nối tiếp: 
kt
ntu
cokt k.k
RR
Mk.k
U +−=ω 2uktco Ik.kM = 
 I.2.3: Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ hỗn hợp: 
U 
Rư 
Iu 
E 
Int 
Rnt 
I, Mcơ 
ω
0 
ωolt 
ωo 
ωđm 
Iđm I0 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt 
U 
Rư 
Iu 
E 
Int 
Rnt 
Ikt 
Rkt 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 6 
Ví dụ 1: Một động cơ DC kích từ độc lập, 230V, điện trở phần ứng 0,2Ω, tốc độ không tải lý 
tưởng là 1000 vòng/phút. Ở chế độ định mức dòng điện phần ứng là 40A. Biết từ thông kích từ 
không đổi và bằng định mức. 
Tính tốc độ và momen điện từ (moment cơ) định mức của động cơ? 
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? 
Ví dụ 2: Một động cơ DC kích từ độc lập có các thông số định mức 500V, 100A, 1000 
vòng/phút. Điện trở phần ứng 1Ω. Từ thông kích từ không đổi và bằng định mức. 
Tính momen và công suất định mức của động cơ? 
Tính hiệu suất của động cơ ở định mức nếu công suất tổn hao của cuộn kích từ là 5kW. 
Động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 40A. Tính tốc độ, momen và hiệu suất của động 
cơ khi đó? 
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? 
Vẽ đặc tuyến momen - tốc độ và chỉ ra các điểm đã tính trên. 
KPhi = 3.8197 
E = 400 
Pout = 40000 
w = 104.7198 
M = 381.9719 
HS = 0.7273 
Ec = 460 
nc = 1150 
Poutc = 18400 
wc = 120.4277 
Mc = 152.7887 
HSc = 0.7360 
Ikd = 500 
Mkd = 1.9099e+003 
Ví dụ 3: Một động cơ DC kích từ nối tiếp, có điện trở phần ứng là 0, 2Ω và điện trở cuộn kích từ 
là 0,1Ω. Thông số định mức của động cơ là 450V, 40A, 1000 vòng/phút. Khi động cơ vận hành ở 
định mức : 
Tính tốc độ và momen của động cơ? 
Tính công suất và hiệu suất của động cơ? 
Tính dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ? 
KPhi = 4.1826 
E = 438 
Pout = 17520 
w = 104.7198 
M = 167.3037 
Pout = 17520 
Pin = 18000 
HS = 0.9733 
Ikd = 1.5000e+003 
Mkd = 2.3527e+005 
Ví dụ 4: Một động cơ DC kích từ nối tiếp vận hành ở chế độ định mức 161,2 Nm, 1000 
vòng/phút, 41A, 420V. Tổng điện trở phần ứng và cuộn kích từ là 0,2Ω. Tính tốc độ và dòng 
điện của động cơ khi momen điện 87 Nm? 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 7 
 I.2.4: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha: 
Mạch tương đương của động cơ không đồng bộ ba pha. 
Giả sử Rm > Xm): 
( )mss
m
st XXjR
X.jUU ++=
&& và ( )( )mss
mss
ttt XXjR
X.jX.jR
X.jRZ ++
+=+= 
Mạch tương đương ĐCKĐB ba pha khi bỏ qua nhánh từ hoá: 
( )2'rs2'rs
'
r2
s
s
co
XX
s
RR
s
RU3
1M
++⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛ +
⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
ω= 
Rs 
sI& jXs 
sU& 
'
rI& 
'
rR jX’r 
Mạch tương đương động cơ KĐB 
'
rRs
s1− 
RFe jXm 
mI& FeI& 
Rs 
sI& jXs 
Rm 
mI& 
sU& 
jXm 
'
rI& 
'
rR jX’r 
Mạch tương đương của động cơ KĐB 
'
rRs
s1− 
Rt jXt 
tU& 
tI& 
s
R 'r 
jX’r 
Sử dụng biến đổi Thevenin cho mạch stator 
Rs jXs 
sU& 
'
rI& 
s
R 'r 
jX’r 
Mạch tương đương đơn giản của động cơ KĐB 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 8 
Độ trượt tới hạn: sp ứng với Tmax 0ds
dT = , hay 0
dn
dT = 
 ( )2'rs2s
'
r
p
XXR
Rs
++
= 
 ( )2'rs2ss
2
s
s
max
XXRR
U2
31T
+++
= ω 
 ( ) ( )2'rs2'rs
'
r
2
s
s
st
XXRR
RU31T +++= ω 
s
s
s
s
2
T
T
p
p
max +
= 
0 ω ωđm
Mkđ 
Mmax 
Mcơ 
ωs ωp 
Mđm 
TL 
A 
T 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 9 
Chương II: Điều khiển vòng hở tốc độ động cơ một chiều 
II.1: Động cơ một chiều (động cơ DC) 
 II.1.1: Đặc tính cơ tĩnh động cơ DC 
 a) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ độc lập, NCVC: 
Kích từ độc lập: Φ
−=Φ=ω k
IRU
k
E uu
 ⇒ n~~E ω 
 ( ) co2u Mk
R
k
U
Φ−Φ=ω uco IkM Φ= 
Φđm 
Ikt 
Φ 
0 
I, Mcơ 
ω
0 
ωolt 
ωo 
ωđm 
Iđm I0 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 10 
 b) Đặc tính cơ của động cơ DC kích từ nối tiếp: 
Kích từ nối tiếp: 
kt
ntu
cokt k.k
RR
Mk.k
U +−=ω 2uktco Ik.kM = 
 II.1.2: Điều khiển tốc độ động cơ DC kích từ độc lập 
 a) Điều khiển điện áp phần ứng: 
( ) co2u Mk
R
k
U
Φ−Φ=ω U giảm ⇒ ω giảm 
 b) Điều khiển từ thông kích từ: 
( ) co2u Mk
R
k
U
Φ−Φ=ω Φ giảm ⇒ ω tăng 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt Mcơ 
ω
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
U giảm 
I, Mcơ
0 
ωolt 
ωo ωđm
Iđm, Mđm I0 Ikđ, Mkđ 
ω
U 
Rư 
Iu 
E 
Int 
Rnt 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 11 
™ Điều khiển hỗn hợp điện áp phần ứng và từ thông 
Điều khiển thay đổi tốc độ ω thông qua: 
_ điều khiển điện áp phần ứng U khi: ω < ωđm. 
_ điều khiển từ thông kích từ Φ khi: ω > ωđm. 
ω 
Mcơ 
0 
Mđm 
ωđm 
Pđm 
Iưđm 
Mđm 
ωmax 
Điều khiển U Điều khiển Φ 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt 
VR 
Mcơ 
ω
0 
ωolt 
ωđm 
Mđm 
Φ giảm 
Pmax 
ωmax 
Mmax 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 12 
 c) Điều khiển điện trở phần ứng: 
( ) co2u Mk
R
k
U
Φ−Φ=ω Rư tăng ⇒ ω giảm 
 d) Khởi động đông cơ DC kích từ độc lập: 
Dòng điện khởi động không lớn hơn khả năng chịu dòng của chổi than (thường là 3Iđm). 
Moment khởi động không lớn hơn khả năng chịu đựng của tải (thường là 3Mđm). 
 II.1.3:Các trạng thái hãm của động cơ DC kích từ độc lập: 
 a) Hãm tái sinh: 
 _ Pđiện < 0: trả năng lượng về nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
Iư, Mcơ 
ω
0 
ωolt 
ωđm 
Iưđm, Mđm 
VR tăng
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
 Rkt 
 Ukt 
ω 
 Φkt 
VR 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 13 
 b) Hãm ngược: 
 _ Pđiện > 0: tiêu thụ công suất từ nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
Mcơ Mđm 
ω
0 
ωolt 
ωđm 
Φ giảm 
U giảm 
I
II 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 14 
Công suất điện + cơ chuyển thành nhiệt. 
 c) Hãm động năng: 
 _ Pđiện = 0: cách ly với nguồn. 
 _ Pcơ < 0: nhận năng luợng từ tải. 
Công suất cơ chuyển thành nhiệt. 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
Rph 
U 
Rư 
Iu 
E 
Ikt 
Rkt 
Ukt 
ω 
 Φkt 
Rph 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 15 
 d) Hệ động cơ - máy phát (Ward-Leonard): 
II.2: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ chỉnh lưu 
 II.2.1: Giới thiệu 
 Phần này trình bày bộ chỉnh lưu 1 pha và 3 pha, biến điện áp xoay chiều (AC) thành 
điện áp một chiều (DC) để cấp cho động cơ. Đồng thời bộ chỉnh lưu có điều khiển sẽ điều khiển 
được độ lớn điện áp DC để điều khiển thay đổi các đại lượng làm việc của động cơ như tốc độ, 
moment, 
Mcơ 
U giảm 
Mđm 
ω
0 
ωolt 
ωđm 
Φ giảm 
I
II 
IIII 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 16 
 Bộ chỉnh lưu biến điện áp xoay chiều (AC) thành điện áp một chiều (DC) dạng gợn 
sóng. Bộ chỉnh lưu thường làm méo dạng điện áp nguồn. Khi phân tích sòng hài sẽ tồn tại sóng 
hài cơ bản (hài bậc 1, 50Hz) và sóng hài hoạ tần bậc cao. Độ méo dạng được định nghĩa: 
1
2
1
2
I
II
THD
−= 
 II.2.2: Bộ chỉnh lưu 1 pha 
 a) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha: 
π=
RMS_phase
tb_dc
U2
U 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 17 
 b) Bộ chỉnh lưu tia 1 pha có điều khiển: 
( )α+π= cos12
U2
U RMS_phasetb_dc 
 c) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha: 
π=
RMS_phase
tb_dc
U22
U 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 18 
 d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển bán phần: 
( )α+π= cos1
U2
U RMS_phasetb_dc 
 d) Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha điều khiển toàn phần: 
απ= cos
U22
U RMS_phasetb_dc 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 19 
 II.2.3: Bộ chỉnh lưu 3 pha 
 a) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha: 
 b) Bộ chỉnh lưu tia 3 pha có điều khiển: 
 απ= cos2
U233
U RMS_phasetb_dc 
 c) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha: 
π
RMSphase
tbdc
U
U __
233= 
 d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển bán phần: 
( )α+π= cos12
U233
U RMS_phasetb_dc 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 20 
 d) Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần: 
απ= cos
U233
U RMS_phasetb_dc 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 21 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 22 
Dạng dòng điện ngõ vào: 
 e) Bộ chỉnh lưu kép 1 pha: 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 23 
 f) Bộ chỉnh lưu kép 3 pha: 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 24 
II.3: Điều khiển động cơ DC dùng Bộ biến đổi xung áp (Chopper) 
Bộ biến đổi DC/DC: 
Các bộ biến đổi DC-DC có thể chia làm ba loại: 
+ Bộ tăng áp Uo > Ui (Boost converter). 
+ Bộ hạ áp Uo < Ui (Buck converter). 
+ Bộ tăng - giảm áp (Buck- Boost converter). 
 II.3.1: Bộ chopper giảm áp (lớp A) 
T
T
U
U ON
DC
tb_d = 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 25 
E
-
+
MOTOR 24VDC
D1
FC307
R1
10K
MOSFET
IRF540
R2
0.1/2W
D2
FC307
24V
KICH MOSFET
220
10W
GND_100V
J1
AC24V
1
2
GND_100V
L1
Q1
IRF460/TO
D6
- +
D1
50A 10W
3
2
1
4
GND_12V
+C1
400V 4700uF
+ C10 D4
30A
CB
1
3
2
4
Fast DIODEA
-
+
D
C
 M
O
T
O
R
1
2
C9
103 2KV
GND_100V
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 26 
 II.3.2: Bộ chopper tăng áp (lớp B) 
T
T1
1
U
U
ONDC
tb_d
−
= 
 II.3.3: Hãm tài sinh dùng bộ chopper tăng áp 
 II.3.4: Bộ chopper kiểu đảo dòng (lớp C) 
T
T
U
U ON
DC
tb_d = 
TON 
T 
DCM
L 
N C
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 27 
 II.3.5: Bộ chopper kiểu đảo áp (lớp D) 
Cách 1 (S1 và S2 được kích đồng thời, giống lớp C): T
T
U
U ON
DC
tb_d = 
Cách 2 (kiểu đảo áp 1 – S1 và S2 đóng ngắt lệch pha): 1T
T2
U
U ON
DC
tb_d −= 
 II.3.6: Mạch chopper kiểu tổng quát (lớp E) 
 Dạng mạch cầu H, điều khiển động cơ DC làm việc ở 4 góc phần tư. 
Điều khiển cách 1 (kiểu đảo dòng): T
T
U
U ON
DC
tb_d = 
Điều khiển cách 2 (kiểu đảo áp 1&2): 1T
T2
U
U ON
DC
tb_d −= 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 28 
Bài tập: 
Cho động cơ DC như trên, có điện trở phần ứng 3Ω. Kích từ độc lập không đổi. 
a) Điện áp phần ứng được cấp từ bộ chỉnh lưu cầu 3 pha điều khiển toàn phần, nguồn 380Vrms, 
50Hz. Tính góc kích để động cơ vận hành ở 1/2 điện áp định mức? 
b) Với điện áp như câu a, khi động cơ mang tải và có dòng điện phần ứng là 17A: Tính tốc độ 
(vòng/phút)? 
c) Tính điện áp để động cơ đạt 500 vòng/phút ở 17A. Tính góc kích khi đó? 
d) Tính tốc độ lớn nhất mà động cơ có thể đạt được khi có tải 17A với bộ chỉnh lưu trên. 
e) Tính điện áp để dòng điện khởi động bằng dòng 2 lần định mức. Tính góc kích tương ứng? 
f) Tính điện áp để MOMENT khởi động bằng dòng 3 lần định mức. Tính góc kích tương ứng? 
g) Tính  ... 01) 
U4 (011) 
CCW 
CW 
U0 (000) 
U7 (111) 
α 
su
r 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 55 
 V.1.2: Vector không gian và hệ toạ độ stator (αβ). 
 a) Vector không gian: 
Động cơ không đồng bộ (ĐCKĐB) ba pha có ba (hay bội số của ba) cuộn dây stator bố trí trong 
không gian như hình vẽ sau: 
Hình 1.8: Sơ đồ đấu dây và điện áp stator của ĐCKĐB ba pha. 
(Ba trục của ba cuộn dây lệch nhau một góc 1200 trong không gian) 
rotor
stator 
Pha A 
Pha B 
Pha C usc
usa
usb
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 56 
 Ba điện áp cấp cho ba đầu dây của động cơ từ lưới ba pha hay từ bộ nghịch lưu, biến tần; 
ba điện áp này thỏa mãn phương trình: 
usa(t) + usb(t) + usc(t) = 0 
 Trong đó: 
Với ωs = 2πfs; fs là tần số của mạch stator; |us| là biên độ của điện áp pha, có thể thay đổi. 
(điện áp pha là các số thực) 
 Vector không gian của điện áp stator được định nghĩa như sau: 
 [ ]00 240120 )()()(32)( jscjsbsas etuetututu ++=r (1.4) 
A 
B 
C 
N 
A 
B 
C 
N 
usa(t) = |us| cos(ωst) 
usb(t) = |us| cos(ωst – 1200) 
usc(t) = |us| cos(ωst + 1200) 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 57 
 b) Hệ toạn độ satator (αβ). 
Hình 1.9: Vector không gian điện áp stator su
r và các điện áp pha. 
suy ra 
V.2: Hệ qui chiếu quay 
 V.2.1: Hệ toạ độ từ thông rotor (dq). 
Với 
dt
d r
r
φ=ω (tốc độ quay của từ thông rotor so với stator đứng yên), với φr là góc hợp bởi trục 
từ thông rotor (trục d) với trục chuẩn stator (trục α) (là trục cuộn dây pha A). 
0 
jβ 
α 
su
r
usa = usα 
usβ
usc
usb Cuộn dây 
pha A 
Cuộn dây 
pha B 
Cuộn dây 
pha C 
usa = usα 
usb = βα ss u2
3u
2
1 +− 
usα = usa 
usβ = ( )sbsa u2u3
1 + 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 58 
Hình 1.10: Biểu diễn vector không gian si
r
trên hệ toạ độ từ thông rotor, còn gọi là hệ 
toạ độ dq. 
 V.2.2: Chuyển đổi hệ toạ độ αβ ↔ dq. 
V.3: Mô hình động cơ không đồng bộ ba pha trong hệ toạ độ từ thông rotor 
 V.3.1: Sơ đồ tương đương của động cơ và một số ký hiệu. 
si
r
isβ 
Cuộn dây 
pha A 
Cuộn dây 
 pha B 
 Cuộn 
dây pha C 
0 
α 
isα 
d 
jq 
isd 
isq θ 
rψr
ωr =ωa 
ω 
φr 
Trục từ 
thông rotor 
Truïc rotor 
jβ 
∫ dt
d r
r
φ=ω 
fsd = fsαcosφr + fsβsinφr 
fsq = - fsαsinφr + fsβcosφr 
fsα = fsdcosφr - fsqsinφr 
fsβ = fsdsinφr + fsqcosφr 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 59 
Hình 2.1: Mô hình đơn giản của động cơ KĐB ba pha 
mL
s
Rr
rLσsLσsR
sv
si ri
mi
Hình 2.2: Mạch tương đương của động cơ KĐB ba pha 
ƒ Các thông số của ĐCKĐB ba pha: 
Rs điện trở cuộn dây pha của stator (Ω). 
Rr điện trở rotor đã qui đổi về stator (Ω). 
Lm hỗ cảm giữa stator và rotor (H). 
Lσs điện cảm tản của cuộn dây stator (H). 
Lσr điện cảm tản của cuộn dây rotor đã qui đổi về stator (H). 
P số đôi cực của động cơ. 
J momen quán tính cơ (Kg.m2). 
ƒ Các thông số định nghĩa thêm: 
Ls = Lm + Lσs điện cảm stator. 
Lr = Lm + Lσr điện cảm rotor. 
Ts = 
s
s
R
L
 hằng số thời gian stator. 
Tr = 
r
r
R
L hằng số thời gian rotor. 
σ = 1 – 
rs
2
m
LL
L hệ số từ tản tổng. 
stator 
Cuộn dây 
pha A 
isa 
usa 
 irA 
isc 
usc 
isb 
usb 
Cuộn dây 
pha C 
Cuộn dây 
pha B 
rotor 
irC 
irB 
stator
ω 
θ 
Trục chuẩn
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 60 
 V.3.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr). 
Trong hệ tọa độ dq, ψrq=0 do vuông góc với vector frψr nên frψr =ψrd . 
dt
disd = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
σ
σ−+σ− rs T
1
T
1 isd + ωsisq + rd
mrLT
1 Ψσ
σ− + sd
s
u
L
1
σ 
dt
disq = ⎟⎟⎠
⎞
⎜⎜⎝
⎛
σ
σ−+σ− rs T
1
T
1 isq−ωsisd− rd
mL
1 Ψωσ
σ− + sq
s
u
L
1
σ 
 rd
r
sd
r
mrd
T
1i
T
L
dt
d Ψ−=Ψ Khi ψrd = const: sdmrdr iL=ψ=ψ 
dt
d rqΨ = 0 
và rdslsq
r
m i
T
L Ψ= ω Khi ψrd = const 
sd
sq
r
sl i
i
T
1=ω 
 sqrd
r
m
co iL
LP
2
3M ψ= 
 dt
dJ
dt
d
P
JMM codiencco
ω=ω=− 
 sqrd
r
m
co iL
LP
2
3M ψ= 
r
sq
r
m
sl
i
T
L
ψω = 
Ưu điểm của mô hình ĐCKĐB trong HTĐ dq so với HTĐ αβ: 
1. Các đại lượng không biến thiên dạng sin theo thời gian. 
2. Hệ phương trình đơn giản hơn (ψrq=0). 
3. Phân ly điều khiển từ thông rotor rψr và momen Te (tốc độ ω). 
4. Gần giống với điều khiển động cơ một chiều. 
sd
r
m
rdr isT1
L
+=ψ=ψ 
dt
dJ
dt
d
P
JMM codiencco
ω=ω=− 
isd → rψr 
isq → Mcơ → ω 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 61 
V.4: Điều khiển định hướng từ thông (FOC) động cơ không đồng bộ ba pha 
 V.4.1: Điều khiển PID 
Xem phần trước. 
 V.4.2: Điều khiển FOC động cơ không đồng bộ ba pha. 
ĐC KĐB 
== 
 3~ 
Udc 
Điều 
khiển 
M 
3~ 
a b c 
Nghịch 
lưu 
2= 
 3 
isa 
isb 
isα 
isβ 
rje φ− 
isd 
isq 
φr 
αβ → dq abc→ αβ 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 62 
 ψr , Te , φr=??? 
K1 , K2 =??? ω, ωmech =??? 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 63 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 64 
Hình : Hệ thống điều khiển ĐCKĐB ba pha dùng phương pháp FOC. 
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-10
0
10
M
T 
M
e 
(N
m
) momen tai
momen dien
i
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
0.5
1
F
i r 
(W
b)
tu thong dat
tu thong dap ung
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0
500
1000
time (s)
n 
(R
P
M
)
toc do dat
toc do dap ung
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-200
0
200
time (s)
U
A
 U
B
 (
V
ol
t)
0 1 2 3 4 5 6 7 8
-10
0
10
I A
 I B
 (
A
m
pe
re
)
dong dien pha A
dong dien pha B
dien ap pha A
dien ap pha B
Hình : Đáp ứng của hệ thống điều khiển tốc độ ĐCKĐB ba pha 
khi dùng phương pháp điều khiển định hướng trường (FOC) 
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2. 
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω. 
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2 và tốc độ ωcơ, n? 
(Chú ý, khi vận hành ở công suất định mức: isdn < isqn ) 
Rs sI& jXσs 
sU& 
'
rI& 
'
rR jX’σr 
Mạch tương đương động cơ KĐB với tổn hao sắt từ 
'
rRs
s1− 
RFe jXm 
mI&FeI&
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 65 
f2
X
L mm π= f2
X
L ss π
σ
σ = sms LLL σ+= 
r
s
s R
L
T = 
f2
X
L rr π
σ
σ = rmr LLL σ+= 
r
r
r R
L
T = 
sT1
iL
r
sdm
rd +=ψ Từ thông không đổi, ⇒ dsmr iL=Ψ 
sdm
e
m
r
r
e
m
r
sq iL
T
L
L
P3
2T
L
L
P3
2i == ψ ⇒ e2m
r
sdsq TL
L
P3
2ii = 
Mà s
2
ds
2
sqs I2iii =+= 
Khi biết momen điện Te và dòng điện Is, 
Từ 2 phương trình trên tính được isd và isq và Ψr. 
Chú ý: khi động cơ vận hành ở định mức, thì isd thường nhỏ hơn isq. 
Thông thường isd bằng 40-60% Is định mức. 
Và tính được 
rr
qsm
sl T
iL
Ψ=ω . 
Từ đó tính được tốc độ góc trựơt cơ: 
p
sl
co_slsl
ωω ==Ω và tính được tốc độ động cơ. 
m
rrdrd
sd L
sT
i
ψψ += 
r
e
r
m
sq
T
L
L
p2
3i ψ= sd
sq
r
r
rr
qs
r
m
sl i
i
T
1L
T
i
L
L
=Ψ=ω 
Từ thông không đổi: *dsm
*
r iL=Ψ 
 *e1
*
qs TKi = ⇒ *
ds
2
m
r
*
e
*
qs
1 i
1
L
L
p3
2
T
i
K == 
 *qs2
*
sl iK=ω ⇒ *
dsr
m
*
rr
m
*
qs
*
sl
2 iT
L
T
L
i
K =Ψ==
ω
 vì *sl
*
rr
*
qsm TiL ωΨ= 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 66 
V.5: Bộ biến tần 
Bộ điều khiển 
Bộ xử lý 
FOC
PWM
QEP ADC
SCI
I/O
ADC
L3 
L2 
L1 
N 
L 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 67 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 68 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 69 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 70 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 71 
Tốc độ 
đặt 
Tốc độ đặt 
Phản 
hồi tốc 
độ 
+
- 
PID 
Tín hiệu 
momen 
điều 
ể
Hạn chế 
Tốc độ 
đặt 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 72 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 73 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 74 
Bài tập 5.1: 
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 3 pha 380V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 3 pha 
380V, 50Hz. 
a) Tụ lọc nguồn nhỏ: 
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link? 
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? 
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? 
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất? 
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a). 
a) Tụ lọc nhỏ: 
_ dc
RMS_lineRMS_phase
tb_dc V513
380*23U23U233U =π=π=π= 
_ m_fadcs UV2963
513
3
UU ===≤ ? 
_ V210
2
296U RMS_fa =≤ 
_ V3633210U RMS_d =≤ 3*sqrt(2)*380/pi/sqrt(3)/sqrt(2)*sqrt(3) 
b) Tụ lọc đủ lớn: tính lại câu a). 
_ dcRMS_linetb_dc V537380*2U2U === 
_ m_fadcs UV3103
537
3
UU ===≤ ? 
_ V219
2
310U RMS_fa =≤ 
_ V3803219U RMS_d =≤ 
Bài tập 5.2: 
Bộ biến tần dùng ở Việt Nam, 1 pha 220V (ngõ vào, chỉnh lưu cầu diode). Được cấp nguồn 1 pha 
220V, 50Hz. 
a) Tụ lọc nguồn nhỏ: 
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link? 
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? 
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? 
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất? 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 75 
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a). 
Bài tập 5.3: 
Bộ biến tần Nhật 3 pha 220V. 
Khi đem về Việt Nam thì phải dùng nguồn 1 pha 220V, 50Hz. 
a) Tụ lọc nguồn nhỏ: 
_ Tính điện áp trung bình trên DC Link? 
_ Tính biên độ điện áp pha lớn nhất (chưa quá điều chế)? 
_ Tính điện áp hiệu dụng pha lớn nhất? 
_ Tính điện áp hiệu dụng dây lớn nhất? 
b) Tụ lọc nguồn đủ lớn: tính lại câu a). 
Bài tập 5.4: 
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz. 
usa(t) = |us| cos(ωst) 
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3) 
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3) 
 Với ωs = 2πfs (rad/s) 
 Tại thời điểm t = 4ms = 0,004s, 
 Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp su
r ? 
us = 311.1270 
usa = 96.1435 
usb = 208.1846 
usc = -304.3281 
us_afa = 96.1435 
us_bta = 295.8993 
Bài tập 5.5: 
Điện áp pha 220Vrms và tần số fs = 50Hz. 
usa(t) = |us| cos(ωst) 
usb(t) = |us| cos(ωst – 2π/3) 
usc(t) = |us| cos(ωst + 2π/3) 
 Với ωs = 2πfs (rad/s) 
 Tại thời điểm t = 3ms = 0,003s, 
a) Tính usa, usb, usc, usα , usβ và biên độ điện áp su
r ? 
b) Tính usd , usq biết góc hệ toạ độ quay (trục d) là 30o? 
|us| = 311.1270 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 76 
usa = 182.8759 
usb = 126.5467 
usc = -309.4226 
us_afa = 182.8759 
us_bta = 251.7070 
gama = 54.0000 
theta = 30 
v = 0.5236 
usd = 284.2286 
usq = 126.5467 
Bài tập 5.6: 
Ví dụ 1: Một động cơ 3 pha, 4 cực, nối Y, 380V, 50Hz, 2,1A, 5,07Nm, J = 0,1kgm2. 
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, Xσs = 13,5Ω, Xσr = 12,6Ω, Xm = 132Ω. 
Khi vận hành ở định mức: Tính (biên độ) isd, isq, ψr, ωsl, K1, K2và tốc độ ωcơ, n,? 
mL
s
Rr
rLσsLσsR
sv
si ri
mi
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 77 
 ωcơ = ωs - ωsln(mech) = 2*π*f/P – 7.1337 = 
 2*π*50/2 – 7.1337 = 150(rad/s) 
πω= 2
60n co 
Bài tập 5.7: Cho động cơ không đồng bộ ba pha, 4 cực, 380V, 50Hz, nối Y, 2,1A. Moment định 
mức là 4,** Nm (với ** là 2 số cuối của mã số sinh viên). Trong hệ tọa độ từ thông rotor, khi động 
cơ vận hành ở định mức, tính: 
a) Dòng điện isd và isq ? 
(Biết ở định mức, isd < isq). 
b) Độ lớn từ thông rotor |ψr| ? 
c) Tốc độ trượt ωsl và tốc độ động cơ n ? 
d) Hệ số K1, K2 như hình vẽ? 
Cho biết động cơ có các thông số: 
Rs = 10Ω, Rr = 6,3Ω, 
Lσs = 0,043H, Lσr = 0,04H, 
Lm = 0,42H. 
Ket qua _________________________________________________________ 
Te = 4.00 
a) id = 1.302790 (chọn isd < isq!, thông thường ở định mức, isd bằng 20-40% Is định mức) 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 78 
a) iq = 2.668846 
b) PHIr = 0.547172 
c) Wsl = 28.056382 
d) n = 1366.040644 
e) K1 = 0.667211 
e) K2 = 4.415272 
Bài giải: 
clc 
clear all 
% Cau5 
P = 2 
U_line = 380 %V, Noi Y 
Is_RMS = 2.1 %A 
f = 50 %Hz 
Rs = 10 %Ohm 
Rr = 6.3 
Lxs= 0.043 
Lxr= 0.04 
Lm = 0.42 
Te = 4.00 
%Te = 5.00 
Lr = Lm + Lxr 
Tr = Lr/Rr 
disp('Bai giai _________________________________________________________') 
 % a) isd, isq 
idiq = 2/3/P*Lr/Lm/Lm*Te 
is = sqrt(2)*Is_RMS 
 % id^2 + (idiq/id)^2 = is^2 
 % Hay id^4 - (is^2)*id^2 + idiq^2 = 0 
a = 1 
b= -is^2 
c = idiq^2 
delta = b^2 - 4*a*c 
id2 = (-b-sqrt(delta))/2/a 
iq2 = (-b+sqrt(delta))/2/a 
id = sqrt(id2) % id < iq 
iq = sqrt(iq2) 
% b) PHIr 
PHIr = Lm*id 
% c) Wsl 
Wsl = Lm*iq/(Tr*PHIr) 
% d) n 
ns = 60*f/P 
n = ns - 60/2/pi*(Wsl/P) 
% e) K1, K2 
K1 = iq/Te 
K1 = 2/3/P*Lr/Lm/Lm/id 
K2 = 1/Tr/id 
K2 = Wsl/iq 
%delta 
disp('Ket qua _________________________________________________________') 
TEXT = sprintf('a) id = %f', id); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('a) iq = %f', iq); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('b) PHIr = %f', PHIr); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('c) Wsl = %f', Wsl); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('d) n = %f', n); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) K1 = %f', K1); disp(TEXT) 
TEXT = sprintf('e) K2 = %f', K2); disp(TEXT) 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 79 
Chương VI: Điều khiển động cơ đồng bộ ba pha 
VI.1: Động cơ đồng bộ 3 pha. 
N
S
A+
B+ 
C+ B-
A- 
C-
Flux Φ f
ns
N 
S 
A+ 
B+ 
C+ B- 
A- 
C- 
A 
B 
C 
N 
N 
S 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 80 
θe
αe
X
Axe bobine
 a a'
a
a'
γe
Axe bobine
 b b'
Axe bobine
 c c'
b
b'
c
c'
Axe 
inducteur
N
S
N S 
A- 
B+ 
A+ 
C+ 
C- 
B- 
A
B
C
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 81 
VI.2: Mô hình động cơ trong HTĐ từ thông rotor (Ψr). 
Ký hiệu: 
 f2s πω = 
 pΨ từ thông rotor (nam châm vĩnh cửu). 
s
sd
sd R
LT = với Lsd là điện cảm dọc trục. 
s
sq
sq R
L
T = với Lsq là điện cảm ngang trục. 
 sd
sd
sq
sd
sq
ssd
sd
sd u
L
1i
L
L
i
T
1
dt
di ++−= ω 
sq
p
ssq
sq
sq
sq
sd
sq
sd
s
sq
L
u
L
1i
T
1i
L
L
dt
di Ψ−+−−= ωω 
 psdsdsd Li Ψ+=ψ 
 sqsqsq Li=ψ 
Ua 
Ra jXs 
Ia If 
Rf 
 Uf Φaf 
Eaf
n 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 82 
 ( )sdsqsqsdco iiP23M ψψ −= 
dt
dJMM cocco
ω=− 
VI.3: Điều khiển FOC động cơ đồng bộ ba pha. 
isd → sψr 
isq → Mcơ → ωco 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 83 
Bài giảng Truyền Động Điện (ĐH Nha Trang) T©B 
26/09/2010 84 
Tài liệu tham khảo: 
1. Phan Quốc Dũng, Tô Hữu Phúc, “Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2008. 
2. Nguyễn Văn Nhờ, “Cơ sở Truyền Động Điện”, NXB ĐHQG TP.HCM, 2003. 
3. Nguyễn Phước Vĩnh Tùng, “Biến Tần ALTIVAR”, Schneider Electric, 2010. 
4. Bài giảng điện tử của Siemens. 
5. Lê Minh Phương, Bài giảng “Truyền Động Điện”, ĐH Bách Khoa TP.HCM. 
6. Trần Công Binh, Bài giảng “Kỹ Thuật Điện 2”, ĐH Bách Khoa TP.HCM. 
7. Trần Công Binh, Bài giảng “Hệ Thống Điều Khiển Sô” , ĐH Bách Khoa TP.HCM. 
8. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển động cơ một chiều” , ĐH Bách Khoa TP.HCM. 
9. Trần Công Binh, Bài giảng “Điều khiển các máy điện xoay chiều” , ĐH Bách Khoa 
TP.HCM. 
10. Tài liệu từ internet.