Nghiên cứu bằng thực nghiệm Hệ truyền động điện Biến tần - Động cơ đồng bộ kích từ nối tiếp

T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
37
Nghiªn cøu b»ng thùc nghiÖm HÖ truyÒn ®éng ®iÖn BiÕn tÇn 
- ®éng c¬ ®ång bé kÝch tõ nèi tiÕp 
NguyÔn Nh− HiÓn (Tr−êng §H Kü thuËt c«ng nghiÖp - §H Th¸i Nguyªn) 
1. §Æt vÊn ®Ò 
C¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch lý thuyÕt vµ m« pháng vÒ hÖ truyÒn ®éng ®éng c¬ ®ång bé nèi nèi 
tiÕp - biÕn tÇn bèn gãc phÇn t− dïng chØnh l−u PWM cho thÊy hÖ truyÒn ®éng nµy cã c¸c nhiÒu 
−u ®iÓm næi bËt nh− cã thÓ ®¹t ®−îc c«ng suÊt ®Çu ra gÊp ®«i c«ng suÊt ®Þnh møc, tèc ®é lµm 
viÖc cã thÓ cao gÊp ®«i tèc ®é ®Þnh møc, hÖ sè c«ng suÊt cña ®éng c¬ vµ hÖ thèng cao, dßng ®iÖn 
®Çu vµo phÇn chØnh l−u cã d¹ng rÊt gÇn h×nh sin Ýt ¶nh h−ëng ®Õn ®Õn l−íi ®iÖn, Tuy nhiªn, ®Ó 
kh¼ng ®Þnh vµ kiÓm nghiÖm l¹i c¸c kÕt qu¶ ph©n tÝch lý thuyÕt vµ m« pháng, cho phÐp ®−a ra kÕt 
luËn cuèi cïng vµ ®Ò xuÊt ph−¬ng h−íng ¸p dông hÖ truyÒn ®éng vµo thùc tÕ ta cÇn kiÓm chøng 
l¹i b»ng thùc nghiÖm. 
2. C¸c b−íc tiÕn hµnh thùc nghiÖm 
Qu¸ tr×nh thùc nghiÖm nh»m kiÓm chøng c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu lý thuyÕt cÇn 
ph¶i tiÕn hµnh c¸c b−íc: X©y dùng phÇn cøng m« h×nh thùc nghiÖm; X©y dùng c¸c 
ch−¬ng tr×nh phÇn mÒm ®iÒu khiÓn m« h×nh thùc nghiÖm vµ quan s¸t c¸c th«ng sè trong 
qu¸ tr×nh thùc nghiÖm; TiÕn hµnh ch¹y thö m« h×nh vµ thùc hiÖn c¸c hiÖu chØnh cÇn thiÕt; 
Thùc nghiÖm lÊy c¸c ®Æc tÝnh yªu cÇu; Ph©n tÝch, ®¸nh gi¸ kÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ rót ra 
kÕt luËn. 
3. CÊu tróc tæng thÓ hÖ thùc nghiÖm 
CÊu tróc phÇn cøng cña thiÕt bÞ thùc nghiÖm gåm hai phÇn: PhÇn lùc vµ phÇn ®iÒu khiÓn 
(H×nh 1, 2, 3, 4). 
PhÇn lùc gåm: ®éng c¬ thÝ nghiÖm §C nèi víi t¶i c¬ häc, phÇn lùc bé biÕn tÇn bèn 
gãc phÇn t− dïng chØnh l−u PWM t¹o bëi hai s¬ ®å cÇu c¸c van IGBT lµ s¬ ®å chØnh l−u tÝch 
cùc CLPWM vµ s¬ ®å nghÞch l−u nguån ¸p NL, ngoµi ra cßn cã bé ®iÖn c¶m 3 pha ®Çu vµo L 
vµ tô läc C. 
PhÇn ®iÒu khiÓn gåm: card ®iÒu khiÓn DSP ®Ó thùc hiÖn thuËt to¸n ®iÒu khiÓn, m¸y tÝnh 
®iÒu khiÓn dïng ®Ó lËp tr×nh ®iÒu khiÓn vµ hiÓn thÞ kÕt qu¶ thùc nghiÖm, c¸c sensor ®o dßng 
®iÖn l−íi vµ dßng ®iÖn ®éng c¬, sensor ®o ®iÖn ¸p mét chiÒu sau kh©u chØnh l−u, sensor ®o tèc 
®é vµ gãc quay (encoder) vµ kh©u xö lý c¸c tÝn hiÖu (XLTH) tr−íc khi ®−a vµo DSP vµ m¸y 
tÝnh, c¸c thiÕt bÞ ghÐp nèi cho phÐp truyÒn tÝn hiÖu tõ DSP ®Õn ®iÒu khiÓn sù lµm viÖc cña c¸c 
van trong s¬ ®å lùc. 
§Ó phï hîp víi ®iÒu kiÖn phßng thÝ nghiÖm vµ tËn dông ®−îc c¸c thiÕt bÞ hiÖn cã 
trong phßng thÝ nghiÖm cña Trung t©m Nghiªn cøu triÓn khai c«ng nghÖ cao thuéc 
tr−êng §¹i häc B¸ch khoa Hµ Néi vµ c¸c thiÕt bÞ cña Trung t©m ThÝ nghiÖm khoa §iÖn 
thuéc tr−êng §¹i häc Kü thuËt c«ng nghiÖp - §¹i häc Th¸i Nguyªn, ®éng c¬ thÝ nghiÖm 
cã c¸c th«ng sè kü thuËt nh− sau: KQ112M6 ; P®m=1,1KW; n®m = 920 vg/ph; 
U®m=380/220V - Y/∆; I1®m =3,35 A; ke = 380/249; pm = 3; cosϕ®m = 0,657; C«ng ty 
VIHEM - ViÖt Nam. 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
38 
Sè liÖu cña bé t¹o t¶i AS MOTOR: YTC 12 – 48; Amp 1,2; Vol90; 9,72 Nm. 
H×nh 1: CÊu tróc thùc nghiÖm hÖ truyÒn ®éng biÕn tÇn - ®éng c¬ c¶m øng rotor d©y quÊn 
®Êu d©y ®Æc biÖt 
CLPWM 
NL 
L 
C 
XLTH 
 T¶i c¬ Encoder 
GhÐp nèi 
§KCL 
GhÐp nèi 
§KNL 
∼ 3 pha 
Card ®iÒu khiÓn DSP 
M¸y tÝnh ®iÒu khiÓn 
§C 
as 
ar 
cr 
bs cs 
br 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
39
PI
d - q 
a-b 
k-γ 
a-b 
a-b 
∆iq 
PIPI 
d-q 
- 
-
Kh©u ®o dßng 
®iÖn vµ −íc l−îng 
®iÖn ¸p l−íi 
Kh©u ®iÒu chÕ 
 ®é réng xung 
 PWM 
∆id 
SCLa,b
,iLa iLb 
usα usβ
cosγUL 
sinγUL 
iLd iLq 
iLβ iLα 
usq usd 
cosγUL 
sinγUL 
-
uLα uLβ 
H×nh 3: CÊu tróc khèi ®iÒu khiÓn chØnh l−u PWM theo VOC 
Udc 
∆Udc 
*
dcU
*
Lqi 0=
H×nh 2: M« h×nh thùc nghiÖm hÖ truyÒn ®éng biÕn tÇn - SCSM 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
40 
4. Ch¹y thö nghiÖm vµ chØnh ®Þnh 
Sau khi x©y dùng xong toµn bé c¸c kh©u cña m« h×nh thùc nghiÖm gåm phÇn cøng, thuËt 
to¸n ®iÒu khiÓn vµ giao diÖn (h×nh 5 vµ 6) tiÕn hµnh ch¹y thö nghiÖm vµ chØnh ®Þnh. 
5. C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm 
C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm ®−îc biÓu diÔn trªn c¸c h×nh 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, vµ 14. Trªn 
h×nh 7 lµ ®iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn mét pha nguån cung cÊp co khèi chØnh l−u PWM cña biÕn tÇn, 
h×nh 8 lµ ®iÖn ¸p mét chiÒu sau chØnh l−u víi gi¸ trÞ ®Æt cña Udc lµ 600V. C¸c kÕt qu¶ thùc 
H×nh 4: CÊu tróc ®iÒu khiÓn khèi nghÞch l−u cña hÖ truyÒn ®éng 
Kh©u tÝch 
ph©n 
ω 
ia 
ib 
ω 
§CT§Q 
§iÒu 
chÕ 
PWM 
ωe/2 
ϑ ia 
ic ib 
=const 
ejϑ 
2 
3 
RIb 
RIc 
RIa 
ia 
ω 
Xung 
®iÒu 
khiÓn 
c¸c 
van 
*
di
*ω
*
ai
*
bi
*
c
i
*
qi
m
p
2
H×nh 5: Giao diÖn theo dâi c¸c tÝn hiÖu vµ tham 
sè thùc nghiÖm 
H×nh 6: Giao diÖn theo dâi kÕt qu¶ thùc 
nghiÖm phÇn chØnh l−u PWM 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
41
nghiÖm trªn cho thÊy qu¸ tr×nh khëi ®éng còng nh− ®iÒu chØnh t¨ng tèc vµ gi¶m tèc cã t¶i hÖ 
thèng truyÒn ®éng ®iÖn ®¶m b¶o ®é t¸c ®éng nhanh cao; gÇn nh− kh«ng cã qu¸ ®iÒu chØnh. 
H×nh 8: §iÖn ¸p mét chiÒu Udc sau chØnh l−u 
PWM 
H×nh 7: §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn mét pha nguån ®Çu 
vµo chØnh l−u PWM 
H×nh 9: Tèc ®é gãc rotor ®éng c¬ ωr khi khëi 
®éng lªn tèc ®é thÊp (25rad/s, t−¬ng øng 
nr=240vg/ph) 
H×nh 10: M« men ®éng c¬ M khi khëi ®éng lªn 
tèc ®é thÊp (25rad/s, t−¬ng øng nr=240vg/ph) 
H×nh 11: Tèc ®é gãc rotor ®éng c¬ ωr khi khëi 
®éng vµ t¨ng tèc ®é 
H×nh 12: M« men ®éng c¬ M khi khëi ®éng vµ 
t¨ng tèc ®é 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
42 
6. KÕt luËn 
C¸c kÕt qu¶ thùc nghiÖm hÖ truyÒn ®éng biÕn tÇn bèn gãc phÇn t− sö dông chØnh l−u 
PWM ®iÒu khiÓn vector - §éng c¬ ®ång bé kÝch tõ nèi tiÕp cho thÊy: HÖ tho¶ mln c¸c yªu cÇu 
chÊt l−îng ®èi víi mét hÖ truyÒn ®éng ®iÖn ®iÒu chØnh tèc ®é. NÕu thiÕt bÞ thùc nghiÖm tho¶ 
mln ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu cÇn thiÕt, ®éng c¬ cã tèc ®é ®ång bé 3000vg/ph th× hoµn toµn cã thÓ ®¹t 
®−îc tèc ®é lµm viÖc 5000 ®Õn 6000vg/ph, ®¸p øng ®−îc yªu cÇu vÒ tèc ®é cao vµ ®iÒu chØnh tèc 
®é cña m¸y b¬m, qu¹t giã cao tèc 
 
Tãm t¾t: Tõ c¸c nghiªn cøu lý thuyÕt vÒ mét hÖ truyÒn ®éng ®iÖn míi, øng dông ®éng c¬ 
kh«ng ®ång bé ba pha rotor d©y quÊn víi s¬ ®å ®Êu d©y ®Æc biÖt, lµm viÖc t−¬ng tù nh− ®éng c¬ 
®ång bé kÝch tõ nèi tiÕp. Trªn c¬ së ®ã, x©y dùng hÖ thÝ nghiÖm trong miÒn thêi gian thùc nh»m 
®¸nh gi¸ chÊt l−îng tÜnh vµ ®éng cña hÖ thèng qua c¸c ®Æc tÝnh lµm viÖc trong chÕ ®é qu¸ ®é cña 
hÖ. Dùa vµo c¸c kÕt qu¶ nghiªn cøu nµy cã thÓ dù b¸o kh¶ n¨ng øng dông vµo trong s¶n xuÊt 
c«ng nghiÖp. 
Summary 
According to theoretic researches on a new electrical drive system which uses three-
phase winding rotor induction motor with a special wiring connection, we obtain a drive system 
in which the motor works as a series connected synchronous motor. On that basis, a real-time 
experimental system is built in order to evaluate control quality in steady state and dynamic 
state. Basing on the research results, we can predict applicable potentiality into industrial 
production. 
H×nh 13: Tèc ®é ®éng c¬ nr (vg/ph) 
khi khëi ®éng vµ gi¶m tèc cã t¶i 
H×nh 14: M« men ®éng c¬ M khi khëi ®éng 
vµ gi¶m tèc cã t¶i 
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 3(43)/N¨m 2007 
43
Tµi liÖu tham kh¶o 
[1]. TrÇn Kh¸nh Hµ (1997), M¸y ®iÖn tËp 1, Nxb Khoa häc vµ kü thuËt, Hµ Néi. 
[2]. NguyÔn Nh− HiÓn, TrÇn Xu©n Minh (2004), “X©y dùng m« h×nh ®éng c¬ ®ång bé kÝch tõ nèi 
tiÕp ®Ó nghiªn cøu chÕ ®é x¸c lËp”, Tù ®éng ho¸ ngµy nay, 12. 
[3]. Bïi Quèc Kh¸nh, TrÇn Xu©n Minh, NguyÔn Nh− HiÓn (2005), “Lý thuyÕt vµ ph©n tÝch hÖ 
truyÒn ®éng dïng ®éng c¬ ®ång bé kÝch tõ nèi tiÕp”, TuyÓn tËp c¸c b¸o c¸o khoa häc- Héi nghÞ toµn 
quèc vÒ tù ®éng ho¸ lÇn thø VI (VICA 6), tr. 300-305. 
[4]. NguyÔn Nh− HiÓn, TrÇn Xu©n Minh, Ph¹m ThÞ B«ng, L©m Hïng S¬n (2005), “C¸c gi¶i ph¸p 
æn ®Þnh ho¸ vµ n©ng cao ®é bÒn v÷ng hÖ truyÒn ®éng sö dông ®éng c¬ ®ång bé kÝch tõ nèi tiÕp”, TuyÓn 
tËp c¸c b¸o c¸o khoa häc- Héi nghÞ toµn quèc vÒ tù ®éng ho¸ lÇn thø VI (VICA 6), trang 221-226. 
 [5]. Essam E. M. Rashad, Mostafa E. Abdel Karim (1996) Theory and Analysis of Three-phase 
Series-connected Parametric Motors, trang 715-720, IEEE 1996. 
[6]. Yasser G. Dessouky, Mohmoud S. Abouzid, Adel L. Mohamadein (2000), Theory and 
Performance of Series Connected Synchronous Motors, IEEE 2000. 
[7]. M. G. Tsilikil, M. M. Xoclov, B. M. Erekhov, A. B. Shinianxki (1974) Base of Automatic 
Electrical Drive, Energy, Moscow. 
[8]. A. S. Mostafa, A. L. Mohamadein, E. M. Rashad (1993), “Analysis of series-connected 
wound-rotor self-excited induction generater”, IEEE PROCEEDINGS-B, 140 (5), 329-335. 
[9]. Adel L. Mohamadein, Yasser G. Dessouky, Mohmoud S. Abouzid (2000), “Theory and 
Performance of Series Connected Synchronous Motors”, IEEE. 
[10]. C. Daoshen and B. K. Bose (1992), “Expert system based automated selection of industrial 
AC drives”, IEE IAS Annu. Meet. Conf. Rec., pp 387-392. 
[11]. The Mathworks, Simulink-Dynamic System Simulation for Matlab, Help file in Matlab7.01 R14.