Bài giảng Điều khiển máy điện nâng cao - Chương 4: Mô hình động của động cơ không đồng bộ

1Bài giảng 4
Bài giảng
Điều Khiển Máy Điện Nâng Cao
Mô hình động của động cơ KĐB
TS. Nguyễn Quang Nam
2013 – 2014, HK 2
nqnam@hcmut.edu.vn
2Bài giảng 4

 Cách tiếp cận dựa trên các khái niệm ITF và IRTF để
xây dựng mô hình động của động cơ KĐB.

 Mô hình động của động cơ KĐB không có từ tản.

 Mô hình động của động cơ KĐB có từ tản, định hướng 
theo từ thông rôto hoặc từ thông stato.

 Mô hình tổng quát của động cơ KĐB, định hướng theo 
từ thông.
Giới thiệu
3Bài giảng 4
Cấu trúc động cơ KĐB rôto lồng sóc 4 cực
4Bài giảng 4

 Khi không xét từ thông tản trong các dây quấn, mô hình 
dưới đây được rút ra từ quá trình vật lý trong máy.

 Máy biến áp quay lý tưởng (IRTF) được dùng để thể hiện 
sự khác biệt điện áp lẫn tần số ở phía stato và phía rôto của 
động cơ.
Mô hình động của động cơ KĐB không có từ tản
5Bài giảng 4

 Mô hình động có thể hiện thực.
Mô hình động không có từ tản (tt)
6Bài giảng 4

 Dựa vào giản đồ vectơ ở
hình bên, có thể rút ra các 
phương trình mô tả động cơ 
như sau:
Mô hình định hướng trường không có từ tản
( ) dqmmsdqrr
dq
m
dq
r
dq
s
m
dq
m
dq
m
dq
mdq
ss
dq
s
jiR
dt
d
ii
L
j
dt
diRu
ψωωψ
ψ
ψωψ
rr
r
rr
r
r
r
rr
−−=
−=
++=
7Bài giảng 4

 Đồng nhất phần thực của hai vế, ta rút ra được mô hình 
của động cơ trên trục d, thỏa mãn các pt sau:
Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)
rdr
m
rdsd
m
m
m
sdssd
iR
dt
d
ii
L
dt
diRu
=
−=
+=
ψ
ψ
ψ
8Bài giảng 4

 Đồng nhất phần ảo của hai vế, ta rút ra được mô hình của 
động cơ trên trục q, thỏa mãn các pt sau, và được biểu diễn 
như sơ đồ dưới đây:
Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)
mmrqrms
rqsq
mssqssq
iR
ii
iRu
ψωψω
ψω
+=
=
+=
9Bài giảng 4

 Từ đó rút ra mô hình định hướng trường của động cơ, 
được cấp nguồn dòng is.
Mô hình định hướng trường không có từ tản (tt)
10Bài giảng 4

 Khi xét từ thông tản trong các dây quấn, mô hình dưới 
đây được rút ra từ quá trình vật lý trong máy.

 Sự có mặt của các điện cảm tản có thể dẫn đến các khó 
khăn khi mô phỏng động cơ, vì sự xuất hiện của các vòng 
đại số trong mô hình hiện thực.
Mô hình IRTF cơ bản có từ tản
11Bài giảng 4

 Mô hình tổng quát được xây dựng dựa trên mô hình 3 
điện cảm, với sự có mặt của máy biến áp lý tưởng (ITF) để
thể hiện sự khác biệt cấp điện áp giữa stato và rôto.

 Chú ý các đại lượng có chỉ số R là các đại lượng quy đổi 
về mạch stato.
Mô hình IRTF tổng quát
12Bài giảng 4

 Tham số a được xác định thỏa mãn các giới hạn sau:

 Các điện cảm trong mô hình được định nghĩa
Mô hình IRTF tổng quát (tt)
m
s
r
m
L
L
a
L
L ≤≤
mM
r
m
rR
m
s
mS
aLL
L
L
aaLL
a
L
LLL
=






−=






−=
σ
σ
13Bài giảng 4

 Thứ tự bố trí của ITF và IRTF có thể được hoán đổi mà
không ảnh hưởng đến hoạt động của mô hình, dẫn đến mô 
hình tổng quát dưới đây.

 Chú ý các đại lượng có chỉ số R là các đại lượng quy đổi 
về mạch stato.
Mô hình IRTF tổng quát (tt)
14Bài giảng 4

 Các phương trình biểu diễn mô hình:
Mô hình IRTF tổng quát (tt)
dt
diR
ii
L
iL
iL
dt
diRu
xy
Rxy
RR
Rs
M
M
RRMR
sSMs
s
sss
ψ
ψ
ψψ
ψψ
ψ
σ
σ
r
r
rr
r
rrr
rrr
r
rr
+−=
−=
−=
+=
+=
0
15Bài giảng 4

 Tính tổng quát của mô hình được thể hiện bởi hệ số a.

 a = Lm/Lr: khi đó LσR = 0 và từ thông từ hóa bằng với từ
thông rôto. Mô hình này chính là mô hình IRTF định hướng 
theo từ thông rôto.

 a = 1: Đây là mô hình gốc có 5 tham số.

 a = Ls/Lm: khi đó LσS = 0 và từ thông từ hóa bằng với từ
thông stato. Mô hình này chính là mô hình IRTF định hướng 
theo từ thông stato.
Mô hình IRTF tổng quát (tt)
16Bài giảng 4

 L−1 là ma trận điện cảm nghịch đảo.
Mô hình IRTF tổng quát (tt)
17Bài giảng 4
Mô hình IRTF định hướng từ thông rôto
18Bài giảng 4
Mô hình IRTF định hướng từ thông stato
dt
diR
ii
L
iL
dt
diRu
xy
Rxy
RR
Rs
M
s
sRRs
s
sss
ψ
ψ
ψψ
ψ
σ
r
r
rr
r
rrr
r
rr
+−=
−=
+=
+=
0
19Bài giảng 4

 Sử dụng giản đồ vectơ dưới đây, có thể biểu diễn hệ pt 
mô tả động cơ như trong slide tiếp theo.
Mô hình định hướng trường tổng quát
20Bài giảng 4

 Sử dụng từ thông từ hóa làm biến trung gian:
Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
( ) dqRmsdqRR
dq
R
dq
R
dq
s
M
M
dq
RRM
dq
R
dq
sSM
dq
s
dq
ss
dq
sdq
ss
dq
s
jiR
dt
d
ii
L
iL
iL
j
dt
diRu
ψωωψ
ψ
ψψ
ψψ
ψωψ
σ
σ
rr
r
rr
rr
rr
r
r
rr
−−=
−=
−=
+=
++=
21Bài giảng 4

 Mô hình của máy theo trục d
Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
( ) RdRRqRmsRdRm
Rdsd
M
M
Msd
ssqsssdssd
iRiL
dt
diL
dt
d
ii
L
dt
d
dt
diLiLiRu
+−−=
−=
++−=
σσ
σσ
ωω
ψ
ψ
ψ
ω
22Bài giảng 4

 Mô hình của máy theo trục q
Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
( ) MmRqRRdRmsRqRq
Rqsq
qsdss
sq
ssqssq
iRiL
dt
di
Le
ii
eiL
dt
di
LiRu
ψωωω
ω
σσ
σσ
++−+=
=
+++=
23Bài giảng 4

 Kết hợp mô hình trên cả hai trục d và q.
Mô hình định hướng trường tổng quát (tt)
24Bài giảng 4

 Xét a = Lm/Lr, dẫn đến LσR = 0.
Mô hình định hướng từ thông rôto
25Bài giảng 4

 Xét a = Ls/Lm, dẫn đến Lσs = 0.
Mô hình định hướng từ thông stato