Mô hình hóa động cơ không đồng bộ ba pha có xét đến sự thay đổi của các tham số động cơ

SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 21
MÔ HÌNH HÓA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 
CÓ XÉT ĐẾN SỰ THAY ĐỔI CỦA CÁC THAM SỐ ĐỘNG CƠ 
MODELLING OF THE THREE-PHASE INDUCTION MOTOR WITH CHANGES IN MOTOR PARAMETERS 
Phạm Văn Tuấn1, Nguyễn Quang Thuấn2, 
Nguyễn Thanh Long1, Nguyễn Minh Thư1, Nguyễn Anh Tuấn1 
TÓM TẮT 
Động cơ điện không đồng bộ ba pha được sử dụng rộng rãi trong công 
nghiệp. Vấn đề nghiên cứu về điều khiển véc tơ động cơ không đồng bộ cũng như 
ảnh hưởng của các tham số động cơ đến bộ điều khiển này là một phần quan 
trọng trong truyền động động cơ xoay chiều. Do đó, việc mô hình hóa động cơ có 
xét đến sự thay đổi của các tham số là một vấn đề rất cần thiết. Bài báo này mô tả 
một mô hình tổng quát của động cơ không đồng bộ ba pha trên cơ sở sử dụng 
phần mềm Matlab/Simulink quan sát sự thay đổi các tham số của động cơ trong 
quá trình làm việc. Chi tiết xây dựng của các mô hình phụ khác nhau cho động cơ 
không đồng bộ đã được chỉ ra. Một động cơ có công suất 2HP được đưa ra để mô 
phỏng kiểm chứng mô hình đã được xây dựng. 
Từ khóa: Động cơ không đồng bộ, matlab/simulink, mô hình động cơ không 
đồng bộ. 
ABSTRACT 
Three-phase induction motors have been widely used in industry. In 
addition, the study of induction motor vector control as well as the influence of 
induction motor parameters on induction motor controller is an important part 
of the research on AC motor drive. Therefore, modeling of induction motor is 
significant in the AC motor drive. This paper describes a generalized model of the 
three-phase induction motor and its computer simulation using 
Matlab/Simulink. Constructional details of various sub-models for the induction 
motor are given and their implementation in simulink is outlined. Direct-online 
starting of a 2 HP induction motor is studied using the simulation model. 
Keywords: Induction motor, matlab/simulink, induction motor mathematical 
models. 
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Kỹ thuật Vinh 
2Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội 
Email: tuanvp.bk@gmail.com 
Ngày nhận bài: 15/6/2018 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 15/8/2018 
Ngày chấp nhận đăng: 21/8/2018 
Phản biện khoa học: TS. Phạm Văn Cường 
1. GIỚI THIỆU 
Việc mô hình hóa và mô phỏng động cơ không đồng bộ 
ba pha đặc biệt quan trọng bởi trong quá trình làm việc của 
động cơ, các tham số như điện trở stato và roto luôn thay 
đổi, do đó ảnh hưởng đến các tham số khác của động cơ 
như: dòng điện, điện áp, mô men điện từ và tốc độ của 
động cơ. Mặt khác việc mô hình hóa động cơ cũng rất cần 
thiết cho nghiên cứu điều khiển véc tơ động cơ không 
đồng bộ. 
Bài báo này giới thiệu phương pháp mô hình động lực 
tổng quát, sau đó sử dụng phần mềm Matlab/Simulink mô 
phỏng quan sát sự thay đổi các tham số của động cơ trong 
quá trình làm việc. 
2. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC TỔNG QUÁT CỦA ĐỘNG CƠ 
KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 
Mô hình động lực tổng quát của động cơ không đồng 
bộ bao gồm các nội dung dưới đây. 
2.1. Mô hình chuyển đổi Vabc sang Vdq gắn với stato 
Mô hình biến đổi điện áp 3 pha sang 2 trục d-q gắn với 
stato của động cơ không đồng bộ được thể hiện trong hình 
1. Biến đổi điện áp 3 pha sang 2 trục d-q gắn với stato được 
hoàn tất sử dụng theo phương trình dưới đây (biến đổi 
Clark thuận) [1,2]: 
 
sa
sd
sb
sq
sc
[A]
2 4 Vcos0 cos( ) cos( )V 2 3 3 V
V 2 43 sin0 sin( ) sin( ) V3 3
(1) 
Ở đây Vsa, Vsb, và Vsc là điện áp 3 pha stato, trong khi đó 
Vsd và Vsq là các thành phần dọc trục và ngang trục của véc 
tơ điện áp stato Vs. 
Hình 1. Mô hình biến đổi điện áp 3 pha sang 2 trục d-q gắn với stato của 
động cơ không đồng bộ 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 22
KHOA HỌC
2.2. Mô hình tính toán từ thông trong hệ tọa độ d/q gắn 
với stato 
Mô hình tính toán từ thông trong hệ d/q tĩnh như hình 
2. Từ thông stato và rô to trong hệ tọa độ d/q gắn với stato 
được tính toán như sau: 
Từ hệ phương trình điện áp [2]: 
 
 
 w  
s
s s s
r
r r r r
dV R i
dt
d0 R i ( x )
dt
(2)
Biến đổi hệ phương trình (2), ta có: 
  
  
 w  
 w  
sd sd s sd
sq sq s sq
rd r rq r rd
rq r rd r rq
(V R i )dt
(V R i )dt
( R i )dt
( R i )dt
(3)
Hình 2. Mô hình tính toán từ thông trong hệ d/q tĩnh 
2.3. Mô hình tính toán dòng điện trong hệ tọa độ d/q 
gắn với stato 
Kế thừa phương trình của mô hình tham chiếu [3]: 
  
  
'r
rd sd s sd s sd
m
'r
rq sq s sq s sq
m
L (V R i )dt L i
L
L
(V R i )dt L i
L
(4)
Ta có thể viết (4) thành phương trình như sau: 
  
'r
r s s s s s
m
L (V R i )dt L i
L
 (5)
Trong đó: ' 
2
m
s s s
r
LL L σL
L
- gọi là điện cảm quá độ 
của stato, với  
2
1 m
s r
L
L L
. 
Từ (2) ta có được: 

 s s s s
d V R i
dt
(6)
Thay (6) vào (5): 
   
'r
r s s s
m
L L i
L
(7)
Từ (7) ta suy ra được hệ phương trình cho mô hình dòng 
điện stato: 
d d d
rq
   
  
m
s s r '
r s
m
sq sq '
r s
L 1i ( ).
L L
L 1i ( ).
L L
(8)
Tương tự, từ [2] đã có hệ: 
  
 
s s s m r
r r r m s
L i L i
L i L i
(9)
Biến đổi hệ phương trình (9) ta được: 
d
   
  
m
rd rd s '
s r
m
rq rq sq '
s r
L 1i ( )
L L
L 1i ( )
L L
(10)
Trong đó: 
2
' m
r r r
s
LL L L
L
 là điện cảm quá độ của rô 
to. Kết hợp hệ phương trình (8) và (10) ta được hệ phương 
trình mô tả mô hình dòng điện động cơ không đồng bộ 
trong hệ tọa độ d/q gắn với stato (hình 3) như sau: 
d d d
rq
d
   
   
  
  
m
s s r '
r s
m
sq sq '
r s
m
rd rd s '
s r
m
rq rq sq '
s r
L 1i ( ).
L L
L 1i ( ).
L L
L 1i ( )
L L
L 1i ( )
L L
(11)
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 23
Hình 3. Mô hình tính toán dòng điện trong hệ d/q tĩnh 
2.4. Mô hình tính toán dòng điện abc 
Mô hình tính toán dòng điện abc được thể hiện trong 
hình 4. Sử dụng biến đổi Clark ngược [2] ta có: 
d
a
s
b
sq
c
1 0
i
i2 1 3i
i3 2 2
i
1 3
2 2
(12)
Hình 4. Mô hình tính toán dòng điện abc 
2.5. Mô hình mô men điện từ và mô men cơ 
Trên cơ sở mô hình tính toán mô men điện từ và cơ, ta 
sẽ xây dựng được mô hình tính toán tốc độ của roto của 
động cơ (hình 5). 
Kế thừa phương trình tính mô men điện từ của động cơ[2]: 
d d e m r sq rq s
3pT L (i i i i )
2
 (13) 
p: số đôi cực. 
Từ phương trình: w e L
dJ T T
dt
 (14) 
 w 
e L
r
T T dt
J
 (15) 
Hình 5. Mô hình tính toán tốc độ roto 
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 
Phần mềm Matlab/Simulink được sử dụng để mô phỏng 
mô hình động cơ không đồng bộ ba pha. Các thông số 
động cơ được sử dụng cho quá trình mô phỏng như trên 
bảng 1. 
Bảng 1. Thông số của động cơ mô phỏng 
TT Thông số Giá trị 
1 Công suất định mức (Pn) 2HP 
2 Điện áp định mức (En) 220V 
3 Dòng điện định mức (In) 4A 
4 Tần số định mức (f) 50Hz 
5 Điện trở stato (Rs) 10Ω ÷ 15Ω 
6 Điện trở roto (Rr) 6,3Ω ÷ 10,3Ω 
7 Điện cảm stato (Ls) 0,46H 
8 Điện cảm rô to (Lr) 0,46H 
9 Hỗ cảm (Lm) 0,42H 
10 Mô men quán tính (J) 0,03kgm2 
11 Số cực (p) 4 
13 Mô men tải (Ml) 4,5Nm 
Sau một số phép thử với các giá trị khác nhau của 
khoảng thời gian lấy mẫu, giá trị cuối cùng được chọn là 
0,00001 giây. Các mô phỏng sẽ quan sát biên độ của điện 
áp nguồn, biên độ của dòng điện stato, mô men điện từ và 
tốc độ động cơ với giả thiết điện trở stato thay đổi từ 10Ω ÷ 
15Ω (hình 6), còn điện trở roto thay đổi từ 6,3Ω ÷ 10,3Ω 
(hình 7). Đối với động cơ roto lồng sóc, trong quá trình làm 
việc, điện trở stato có thể thay đổi 50%, còn điện trở roto có 
thể thay đổi 100% so với giá trị điện trở danh định [4]. Do 
đó, các tác giả đã tiến hành mô phỏng, quan sát quan sát 
biên độ của điện áp nguồn, biên độ của dòng điện stato, 
mô men điện từ và tốc độ động cơ theo sự thay điện trở 
stato và roto trong dải kể trên. 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ ● Số 48.2018 24
KHOA HỌC
Hình 6. Điện trở stato 
Hình 7. Điện trở roto 
 Kết quả mô phỏng biên độ của điện áp nguồn, biên độ 
của dòng điện stato, mô men điện từ và tốc độ động cơ 
được thể hiện tương ứng trong các hình 8, 9, 10, 11. 
Hình 8. Biên độ của điện áp nguồn 
Hình 9. Biên độ của dòng điện stato 
 Hình 10. Mô men điện từ 
Hình 11. Tốc độ của động cơ 
Từ hình 6 đến 11 ta thấy rằng, các thông số dòng điện, 
mô men điện từ và tốc độ của động cơ đều thay đổi khi 
SCIENCE TECHNOLOGY 
Số 48.2018 ● Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 25
điện trở stato và roto biến thiên trong quá trình làm việc. 
Việc nhận dạng các sự thay đổi này theo sự biến thiên của 
điện trở stato và roto là hết sức cần thiết để các bộ điều 
khiển động cơ không đồng bộ thông dụng như bộ điều 
khiển tựa từ thông roto FOC (Field Oriented Control), bộ 
điều khiển trực tiếp mô men (DTC-Direct Torque Control) 
và đặc biệt là bộ điều khiển dự báo (MPC-Model Predictive 
Control) làm việc chính xác. 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo đã trình bày phương pháp mô hình động lực 
tổng quát động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc có xét 
đến sự thay đổi của điện trở stato và roto trong quá trình 
làm việc. Trên cơ sở phương pháp này, các tác giả đã thực 
hiện mô phỏng quan sát, nhận dạng sự thay đổi của dòng 
điện, mô men điện từ và tốc độ của động cơ đều thay đổi 
khi điện trở stato và roto biến thiên trong quá trình làm 
việc. Hướng nghiên cứu tiếp theo của nhóm tác giả sẽ sử 
dụng mô hình này kết hợp với phương áp đánh giá ước 
lượng để xem xét, đánh giá được sự ảnh hưởng của các 
tham số động cơ đến quá trình điều khiển động cơ theo 
các phương pháp khác nhau như DTC, FOC và MPC. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. K. L. Shi, T. F. Chan, Y. K. Wong, and S. L. Ho, 1999. Induction Motor 
Using Simulink, vol. 36, pp. 163–172. 
[2]. P. Văn Tuấn, P. H. Phi, N. T. Sơn, N. T. Công, 2014. Ước lượng tốc độ 
động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng mạng nơ ron nhân tạo. Chuyên san Tự 
động hóa ngày nay 4-2014, pp. 62–66, 2014. 
[3]. P. Vas, 1998. Sensorless Vector and Direct Torque Control. Power, vol. 1., 
p. 768. 
[4]. B. Karanayil, M. F. Rahman, and C. Grantham, 2007. Online stator and 
rotor resistance estimation scheme using artificial neural networks for vector 
controlled speed sensorless induction motor drive. IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 
54, no. 1, pp. 167-176.