PGS.TS. Thái Duy Thức - Đại Học Mỏ Địa Chất – Hà Nội
Ks. Nguyễn Thị Lan - Đại Học Công Nghiệp - Quảng Ninh

Đặt vấn đề
Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc công suất vừa và nhỏ đang được sử dụng khá phổ biến trong công nghiệp nhất là trong công nghiệp mỏ và dầu khí, nơi mà những thiết bị làm việc thường xuyên khởi động, hãm, phụ tải thường xuyên thay đổi.

Hình 2

Hình 1: Cấu trúc phần cứng của khởi động mềm

Việc khởi động trực tiếp sẽ sinh ra dòng điện khởi động lớn (I ) sẽ gây ra những tác hại xấu như làm giảm điện áp ảnh hưởng tới các thiết bị khác, làm tăng tổn thất điện năng do quá trình khởi động thường xuyên gây ra. Để giảm bớt những ảnh hưởng trên xu thế các hệ truyền động hiện nay là dùng khởi động mềm. Các khởi động mềm đã có trên thị trường, tuy nhiên các thông số và chương trình điều khiển nó đều không được công bố.
Bài báo nhằm giới thiệu phương pháp nghiên cứu và giới thiệu các tham số cơ bản để chế tạo được khởi động mềm tại Việt Nam.

Lựa chọn cấu trúc phần cứng
Đối với khởi động mềm dùng cho động cơ công suất vừa và nhỏ có thể sử dụng cấu trúc phần cứng như cho trên hình 1(a,b).
Trên đó giới thiệu phần cứng có thể sử dụng là sử dụng sơ đồ đối xứng (1a) và sơ đồ không đối xứng (1b). Ưu điểm của sơ đồ không đối xứng là số lượng van bán dẫn ít hơn và mạch điều khiển cũng đơn giản hơn. Nhược điểm của sơ đồ là điều khiển không đối xứng nên đường cong dòng điện và điện áp các pha không giống nhau, nhiều trường hợp làm cho hệ thống mất đối xứng rõ rệt, động cơ công suất vừa và nhỏ thì ta có thể sử dụng loại sơ đồ này khi việc khởi động không tải hoặc tải biến đổi theo tốc độ động cơ.

Hình 3

Để nghiên cứu lựa chọn sơ đồ mạch lực, các tham số của khởi động mềm tốt nhất hiện nay là phương pháp mô phỏng.
Sơ đồ cấu trúc Matlab để mô phỏng hệ truyền động có sử dụng khởi động mềm cho trên hình 2.
Trong đó khối Subsytem là sơ đồ gói phần băm xung áp, có sơ đồ như hình 3.
Hình 5: Điều khiển thyristor với góc mở 
Khối phát xung đồng bộ lưới loại 6 xung có thể được sử dụng để phát xung điều khiển cho bộ băm xung áp 3 pha sử dụng 6 thysistor. Tín hiệu ra của khối là một vector bao gồm 6 xung đồng bộ riêng rẽ, xung nọ cách xung kia một góc 600, góc lệch của xung có thể điều khiển từ 1800 về 0.
Thứ tự phát xung tới các thyristor trong bộ băm xung áp của khởi động mềm cho trên hình 6.
- Khi sử dụng cấu  trúc kh ông đối xứng
- Khi tải là hằng số, khi tải thay đổi theo tốc độ hoặc tải thay đổi theo một luật nào đó tuỳ theo trường hợp cụ thể mà luật thay đổi của tải đưa vào đầu vào T .
- Luật thay đổi góc điều khiển   đưa vào của bộ phát xung đồng bộ (hình 4).

Hình 4: Mô hình bộ phát xung đồng bộ

Kết quả nghiên cứu cho một số động cơ có công suất từ (4  ) kW, trong trường hợp tải hằng số và trường hợp tải có bơm và quạt cho thấy rằng:

+ Với tải là bơm nước thì sơ đồ cấu trúc có thể sử dụng là đối xứng hoặc không đối xứng. Để giảm thời gian khởi động thì nên đặt góc điều khiển ban đầu   vào khoảng 800.

Trên hình 5 cho thấy hình ảnh của 6 xung ra khi.

+ Đối với trường hợp tải là hằng số thì cấu trúc phần cứng của khởi động mềm chỉ nên sử dụng loại đối xứng, còn sơ đồ không đối xứng có trường hợp làm cho tải 2 pha tăng cao so với một pha, còn một pha dòng sẽ rất bé dẫn đến động cơ làm việc ở trạng thái mất một pha.

Hình 6 Sơ đồ cấu trúc này cho phép nghiên cứu các trường hợp	Hình 7

Sơ đồ nguyên lý của khởi động mềm dùng cho động cơ công suất vừa và nhỏ
Trên hình 7 giới thiệu sơ đồ nguyên lý có thể ứng dụng để chế tạo khởi động mềm. Ở đó ta chỉ sử dụng một loại hồi tiếp theo dòng. Việc sử dụng hồi tiếp theo dòng này sẽ dễ dàng thực hiện vì có thể lấy được trực tiếp dòng của động cơ qua các biến dòng lắp đặt trong khởi động mềm. Tín hiệu đặt là giá trị hiệu dụng của dòng điện khởi động mà ta mong muốn đạt tới.

Hình 8: Sơ đồ cấu trúc Matlab khởi động động cơ theo hệ kín

Để nghiên cứu xác định các tham số điều khiển ta dùng sơ đồ mô phỏng trên hình 8.
Kết quả nghiên cứu bằng mô phỏng khi khởi động động cơ P = 37kW ở trên đó cho thấy giá trị dòng đặt và dòng thực tế của động cơ, sự sai lệch đó có thể chấp nhận được, nó phụ thuộc vào việc chọn các tham số của bộ điều khiển PID.

Hình 9: Kết quả mô phỏng P = 37kW.

Kết luận
Qua nghiên cứu trên ta có một số kết luận sau:
- Khi chế tạo khởi động mềm thì tốt nhất vẫn sử dụng sơ đồ phần cứng là đối xứng sẽ thoả mãn được đầy đủ đối với các phụ tải khác nhau. Nếu sản xuất riêng cho bơm có thể sử dụng sơ đồ không đối xứng.
- Góc điều khiển ban đầu của khởi động mềm không nên đặt ở 1800 vì như vậy sẽ kéo dài thời gian khởi động, dẫn đến không cần thiết.
- Việc điều khiển khởi động mềm nên sử dụng hệ kín, đơn giản dùng một hồi tiếp theo dòng điện stator của động cơ và kết hợp các bộ điều khiển hiện đại như PI hoặc PID.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Nguyễn Bính (2004), Điện tử công suất, NXB khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
2. Bùi Minh Chính, Trần Trọng Minh, Phạm Quốc Hải (2008), Điện tử công suất, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội.
3. Đào Hữu Hùng (2007), “Khởi động mềm tiết kiệm điện năng”, Tự động hoá ngày nay.
4. Hà Xuân Hoà (2006), Bài giảng truyền động điện, Bộ môn TB Điện - Điện Tử - ĐHBK Hà Nội.
5. Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền (2001), Truyền động điện, NXB giao thông vận tải Hà Nội.
6. Thái Duy Thức, Khổng Cao Phong (2006), Điện tử công suất trong công nghiệp mỏ và dầu khí, NXB giao thông vận tải Hà Nội.
7. Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (2001), Cơ sở lý thuyết truyền động điện tự động, NXB giao thông vận tải Hà Nội.
8. Thái Duy Thức, Phan Minh Tạo (2000), Thiết kế truyền động điện tự động, NXB giao thông vận tải Hà Nội.
9. Nguyễn Phùng Quang (1998), Điều khiển tự động truyền động điện xoay chiều ba pha, NXB Giáo dục.
10. Viện khoa học công nghệ Mỏ (2003, 2007, 2008), Báo cáo tổng kết, Tập đoàn than – Khoáng sản Việt Nam, Quảng Ninh.

Số 110 (11/2009)♦Tự động hóa ngày nay