Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology52 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020
THIẾT KẾ, CHẾ TẠO THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM ĐIỀU CHỈNH
VÀ GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Nguyễn Viết Ngư, Nguyễn Đình Hùng, Nguyễn Văn Thắng
	 Trường	Đại	học	Sư	phạm	Kỹ	thuật	Hưng	Yên
Ngày tòa soạn nhận được bài báo: 02/03/2020 
Ngày phản biện đánh giá và sửa chữa: 15/06/2020
Ngày bài báo được duyệt đăng: 25/06/2020
Tóm tắt: 
Hiện	nay,	việc	tăng	cường	thiết	bị	để	phục	vụ	đào	tạo	và	nghiên	cứu	của	khoa	Điện-Điện	tử,	trường	
Đại	học	Sư	phạm	Kỹ	thuật	Hưng	Yên	để	thực	hiện	mục	tiêu	đào	tạo	theo	định	hướng	ứng	dụng	nghề	nghiệp	
là	một	nhu	cầu	cấp	bách.	Căn	cứ	vào	nhu	cầu	đó,	nhóm	tác	giả	có	đề	xuất	thực	hiện	đề	tài	“Thiết	kế,	chế	
tạo	thiết	bị	thí	nghiệm	điều	chỉnh	và	giám	sát	tốc	độ	động	cơ	không	đồng	bộ	ba	pha”.	Qua	quá	trình	kiểm	
tra	và	thực	nghiệm	đã	thu	được	các	kết	quả	của	đề	tài,	có	độ	chính	xác	cao,	đảm	bảo	được	đúng	yêu	cầu	
và	định	hướng	đã	đề	ra.
Từ khóa: Điều	khiển	giám	sát,	tốc	độ,	động	cơ	không	đồng	bộ	ba	pha.
Từ viết tắt:
TT Chữ viết tắt Ý nghĩa
1 DCS Hệ thống điều khiển phân tán
2 HMI Thiết bị giao diện người và máy
3 PC Máy tính
4 PLC Bộ điều khiển khả lập trình
5 SCADA Hệ thống điều khiển giám sát và 
thu thập dữ liệu
1. Mở đầu
Hiện nay trên thế giới với nền tảng khoa học 
công nghệ và giáo dục phát triển rất mạnh, nên đã 
có rất nhiều các công ty; tập đoàn như Lucas- nulle 
của Đức; Edipon của Tây Ban Nhatham gia sản 
xuất các thiết bị giáo dục nói chung, thiết bị dạy 
nghề và nghiên cứu ứng dụng nói riêng. Trong đó 
phải kể đến lĩnh vực điều chỉnh giám sát các thông 
số điện, không điện đặc biệt tham số tốc độ động 
cơ truyền động cho các máy công cụ hay cơ cấu 
truyền động khác, đây là một lĩnh vực được khai 
thác và sử dụng mạnh mẽ trong những thập niên gần 
đây. Đối với các quốc gia phát triển mạnh về thiết 
bị giáo dục nghề nghiệp như Đức, Anh, Hàn Quốc, 
Tây Ban Nha, Đài Loan thì các thiết bị đào tạo về 
điều khiển tự động, cụ thể lĩnh vực điều khiển giám 
sát tốc độ động cơ đã và đang được chế tạo với rất 
nhiều loại hình khác nhau để đáp ứng nhu cầu học 
tập và nghiên cứu. Tuy nhiên giá thành các thiết bị 
nhập khẩu còn cao và còn nhiều nội dung chưa phù 
hợp với điều kiện đào tạo trong nước.
Trong nước, thiết bị đào tạo và phát triển công 
nghệ Ngọc Huy; Cty TBGD Hồng Đức; Hải Hà
đã và đang đầu tư phát triển thiết bị thí nghiệm - 
thực hành về điện tử công suất, phần nào đã đáp 
ứng được các yêu cầu cơ bản chung về mặt kỹ thuật 
và kinh tế, tuy nhiên để phù hợp với mục tiêu cụ thể 
của từng đơn vị đào tạo thì vẫn còn nhiều hạn chế. 
Trước tình hình trên nhóm nghiên cứu đã đưa ra đề 
xuất “Thiết	kế,	chế	tạo	thiết	bị	thí	nghiệm	điều	chỉnh	
và	giám	sát	tốc	độ	động	cơ	không	đồng	bộ	ba	pha” 
nhằm phục vụ nhu cầu đào tạo tại trường.
2. Phân tích ý tưởng chế tạo thiết bị
Căn cứ trên cơ sở, các tiêu chuẩn về thiết bị 
giáo dục, dựa trên các thiết bị hiện có tại phòng thí 
nghiệm và các thiết bị vật tư hiện có trên thị trường 
trong nước, nhóm nghiên cứu đã phân tích và lựa 
chọn ý tưởng chế tạo thiết bị có đặc điểm như sau:
+ Động cơ được chọn làm thí nghiệm với công 
suất P = 0,55KW, U = 400V/230V-Y/∆ được nối 
đồng trục với bộ tạo mô men cản và bộ mã hóa tốc 
độ vòng quay loại 400 xung/ vòng.
+ Thiết bị được chế tạo đồng bộ với dụng cụ 
đo đa năng để đo S, P, U, I, Cosϕ để kiểm soát các 
thông số điện của động cơ khi làm thí nghiệm.
+ Hệ thống thí nghiệm điều chỉnh và giám sát 
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020 Journal of Science and Technology 53
tốc độ động cơ có thể thực hiện linh hoạt với ba 
phương pháp khác nhau thường được sử dụng phổ 
biến trong thực tiễn:
- Điều chỉnh giám sát tại chỗ sử dụng biến 
tần kết hợp dụng cụ đo tốc độ đa năng RP3-5A4, 
với tín hiệu phản hồi theo tiêu chuẩn công nghiệp 
từ 4 ÷20mA.
- Điều chỉnh giám sát sử dụng biến tần kết 
hợp với PLC và HMI truyền thông sử dụng Rs422 
với khoảng cách tối đa 5m.
- Điều chỉnh giám sát sử dụng - Điều chỉnh 
giám sát sử dụng biến tần kết hợp với phần mềm 
drive view 7, truyền thông sử dụng Rs485 với 
khoảng cách tối đa 1200m.
2.1. Thiết kế giao diện mô đun thí nghiệm điều 
chỉnh và giám sát tốc độ động cơ
2.1.1. Thiết kế giao diện mô đun tạo mô men cản 
và điều chỉnh giám sát tại chỗ.
Mô đun được thiết kế dựa trên cơ sở thiết bị 
hãng Lucas-nulle với ý tưởng trên mô đun gồm có 
các chức năng cơ bản như kết nối với động cơ cần 
làm thí nghiệm, tạo được mô men cản, đo và kiểm 
soát được các tham số U, I, P, Q, tốc độ và các cổng 
mở rộng kết nối truyền thông với các thiết bị khác. 
Từ các ý tưởng đó nhóm nghiên cứu đã thiết kế 
được giao diện như Hình 1:
Hình	1.	Giao	diện	mô	đun	tạo	mô	men	cản	và	điều	
khiển	giám	sát	tại	chỗ
2.1.2. Thiết kế giao diện của mô đun HMI
Mô đun HMI được thiết kế với hướng mở giúp 
người học chủ động, linh hoạt trong việc thiết kế 
chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc 
độ động cơ cần làm thí nghiệm. Trên mô đun có các 
vị trí cổng truyền thông giữa HMI với PC hay HMI 
với PLC hoặc giữa các HMI. Từ các đặc điểm và 
yêu cầu trên nhóm nghiên cứu đã thiết kế giao diện 
điều khiển như Hình 2.
Hình	2.	Giao	diện	mô	đun	màn	hình	giám	sát	HMI
2.1.3. Thiết kế mô đun PLC – FX 3SA
Mô đun PLC được thiết kế với hướng mở giúp 
người học chủ động, linh hoạt trong việc thiết kế 
chương trình, tạo giao diện cho việc giám sát tốc độ 
động cơ cần làm thí nghiệm. Trên mô đun có các vị 
trí cổng truyền thông giữa PLC với PC hay PLC với 
HMI hoặc giữa các PLC với nhau. Từ các đặc điểm 
và yêu cầu trên nhóm nghiên cứu đã thiết kế giao 
diện điều khiển như Hình 3 [1].
Hình	3.	Giao	diện	mô	đun	PLC
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology54 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020
2.1.4. Thiết kế sơ đồ nguyên lý kết nối thiết bị thí 
nghiệm hệ thống điều chỉnh giám sát tốc độ động 
cơ ba pha
Để xây dựng thành một hệ thống thiết bị thí 
nghiệm nhóm nghiên cứu đã thiết kế sơ đồ nguyên 
lý kết nối các mô đun với nhau để thực hiện việc đo 
giám sát tốc độ động cơ, sơ đồ được thiết kế như 
Hình 4 [2]:
Hình	4.	Sơ	đồ	nguyên	lý	kết	nối	hệ	thống	thí	nghiệm	
điều	chỉnh	giám	sát	tốc	độ	động	cơ	ba	pha
2.1.5. Viết chương trình và thiết lập giao diện 
điều khiển giám sát tốc độ động cơ trên phần 
mềm drive view-7.
a) Chương trình điều khiển PLC
Chương trình trên PLC được xây dựng với 
mục dich thu thập dữ liệu từ bộ mã hóa vòng quay để 
điều khiển và truyền thông hiển thị trên HMI [2-4].
a)
b)
Hình	5.	Chương	trình	PLC
b) Chương trình giám sát và điều khiển trên HMI
Màn hình HMI được thiết kế với giao diện ứng 
với một thí nghiệm ở mức cơ bản là điều chỉnh và 
giám sát tốc độ động cơ.
Hình	6.	Giao	diện	điều	chỉnh	và	giám	sát
c) Thiết lập phần mềm giám sát trên PC thông 
qua phần mềm drive view-7
Hình	7.	Thiết	lập	phần	mềm	trên	drive	view-7
Trên phần mềm drive view-7 nhóm thiết lập 
các tham số truyền thông để tạo giao diện điều 
chỉnh tốc độ giám sát các tham số về tốc độ, tần số, 
dòng điện và điện áp trên động cơ.
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020 Journal of Science and Technology 55
2.2. Khảo sát, kiểm tra thiết bị 
Sản phẩm sau khi được chế tạo hoàn chỉnh, 
nhóm đã thực hiện kiểm tra khảo sát các thông số tại 
phòng thí nghiệm điện tử công suất và truyền động 
điện 403-B5 với hình ảnh minh họa sau:
Hình	8.	Hình	ảnh	khảo	sát	và	kiểm	tra	thiết	bị	tại	
phòng	thí	nghiệm	ĐTCS	&	TĐĐ
Để kiểm chứng nguyên lý và các chế độ hoạt 
động của thiết bị, nhóm nghiên cứu đã thực hiện 
khảo sát thiết bị với các dải tốc độ khác nhau và 
đối chiếu với cơ sở lý thuyết và sai số kiểm tra trên 
các thiết bị của Đức tại phòng thí nghiệm. Kết quả 
đo khảo sát được trình bày bằng các hình ảnh minh 
họa, ví dụ hình số 9÷16.
2.2.1. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 5,3 Hz
Hình	9.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	5,3	Hz
2.2.2. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 12,1 Hz
Hình	10.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	12,1	Hz
2.2.3. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 18,3 Hz
Hình	11.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	18,3	Hz
ISSN 2354-0575
Journal of Science and Technology56 Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020
2.2.4. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 29,8 Hz
Hình	12.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	29,8	Hz
2.2.5. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 34,3 Hz
Hình	13.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	34,3	Hz
2.2.6. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 41,3 Hz
Hình	14.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	41,3	Hz
2.2.7 Khảo sát kết quả đo với tần số f = 45,3 Hz
Hình	15.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=	45,3	Hz
ISSN 2354-0575
Khoa học & Công nghệ - Số 26/Tháng 6 - 2020 Journal of Science and Technology 57
2.2.8. Khảo sát kết quả đo với tần số f = 50 Hz
Hình	16.	Khảo	sát	kết	quả	đo	với	tần	số	f	=50	Hz
3. Kết luận
Sau quá trình nghiên cứu và khảo sát thiết bị 
điều chỉnh và giám sát tốc độ động cơ do nhóm chế 
tạo, chúng tôi xin đưa ra một số nhận xét như sau:
Bộ thí nghiệm hoạt động tốt với các dải tốc độ 
và phương pháp giám sát khác nhau. Các kết quả 
thí nghiệm thu được đảm bảo đúng theo cơ sở lý 
thuyết, tuy nhiên còn một vài sai số do các chế độ 
làm việc thực tế và lý thuyết được xét ở điều kiện 
lý tưởng. Thiết bị hoạt động ổn định ở các dải tốc 
độ đã kiểm chứng với động cơ không đồng bộ ba 
pha. Sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng trong việc 
giảng dạy cho học phần thí nghiệm điện tử công 
suất và truyền động điện, lý thuyết điều khiển tự 
động, đo lường cảm biến, máy điện...vv tại khoa 
Điện - Điện tử, trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật 
Hưng Yên. Hiện nay sản phẩm đã được một số công 
ty thiết bị giáo dục đưa vào chế tạo thử nghiệm 
trong năm 2019.
Tài liệu tham khảo
[1]. Tài liệu hướng dẫn thiết bị RP3-5A4; HMI samkoon; PLC FX của hãng sản xuất.
[2]. Đào Duy Khương, Lê Hoàng Vinh, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo	 trình	PLC	
Mitshubishi, trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM, NXB Khoa học và kĩ thuật, 2009.
[3]. Nguyễn Thu Thiên, Mai Xuân Vũ, Sổ	tay	hướng	dẫn	lập	trình	PLC, NXB Trẻ, 2007.
[4]. Lê Hoàng Vinh, Đào Duy Khương, Võ Thị Ánh Tuyết, Trần Thị Thu Thủy, Giáo	trình	môn	học	
PLC	MITSUBISHI	PROGRAMMABLE	CONTROLLES, 2006.
DESIGN, MANUFACTURE OF ADJUSTABLE TEST EQUIPMENT
AND MONITOR THREE-PHASE ASYNCHRONOUS MOTOR SPEED
Abstract: 
Currently,	 the	 increase	 of	 equipment	 serving	 in	 the	 training	 and	 research	 of	 the	 Department	 of	
Electrical	and	Electronics	Engineering,	Hung	Yen	University	of	Technology	and	Education	for	implementing	
the	 training-oriented	 training	 objectives	 is	 a	 urgent	 need.	 Based	 on	 that	 need,	 the	 authors	 propose	 to	
implement	 the	 project	 “Design,	 mannufacture	 of	 adjustable	 test	 equipment	 and	 monitor	 theree-phase	
asychronons	motor	speed”.	Through	the	process	of	testing	and	experimenting,	experimental	results	show	
that	the	proposed	method	has	a	high	accuracy,	and	ensures	the	requirements.
Keywords: Monitoring	control,	speed,	asynchronous	three-phase	motor.