NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘ ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ THAY ĐỔI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTOR - Full 10 điểm

75 0 0
NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN ĐỘ ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ THAY ĐỔI SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTOR - Full 10 điểm

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www researchgate net/publication/357332362 Nghiên c ứ u đ i ề u khi ể n độ ng c ơ t ừ tr ở thay đổ i s ử d ụ ng ph ươ ng pháp đ i ề u khi ể n vector Thesis · December 2021 CITATIONS 0 READS 2,496 1 author: Tuan Nguyen Manh 6 PUBLICATIONS 0 CITATIONS SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Tuan Nguyen Manh on 26 December 2021 The user has requested enhancement of the downloaded file TRƯ Ờ NG Đ Ạ I H Ọ C BÁCH KHOA HÀ N Ộ I Đ Ồ ÁN T Ố T NGHI Ệ P Nghi ê n c ứ u đ i ề u khi ể n đ ộ ng c ơ t ừ tr ở thay đ ổ i s ử d ụ ng ph ươ ng ph á p đ i ề u khi ể n vector NGUY Ễ N M Ạ NH TU Ấ N tuan nm164378@sis hust edu vn Ngành K ỹ thu ậ t Đi ề u khi ể n và T ự đ ộ ng hóa Chuyên ngành T ự đ ộ ng hóa công nghi ệ p Gi ả ng viên hư ớ ng d ẫ n: TS Nguy ễ n Kiên Trung B ộ môn : T ự đ ộ ng hóa công nghi ệ p Vi ệ n : Đi ệ n HÀ N Ộ I, 1 /20 20 Ch ữ ký c ủ a GVHD ii Đ Ề TÀI T Ố T NGHI Ệ P Đ ề tài: Nghiên c ứ u đi ề u khi ể n đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i s ử d ụ ng phương pháp đi ề u khi ể n vector Giáo viên hư ớ ng d ẫ n K ý và ghi rõ h ọ tên iii L ờ i c ả m ơn Đ ầ u tiên, tôi xin bày t ỏ lòng tri ân sâu s ắ c và kính tr ọ ng đ ế n th ầ y Nguy ễ n Kiên Trung, th ầ y đã tr ự c ti ế p hư ớ ng d ẫ n, đ ị nh hư ớ ng khoa h ọ c trong quá trình h ọ c t ậ p cũng như nghiên c ứ u t ạ i APES Lab Tôi xin trân tr ọ ng c ả m ơn các th ầ y cô giáo Vi ệ n Đi ệ n – Đ ạ i h ọ c Bách khoa Hà N ộ i đã t ậ n tình ch ỉ d ạ y trong quá trình h ọ c t ậ p và có nh ữ ng ý ki ế n đóng góp quý báu đ ể tôi hoàn thi ệ n Đ ồ án t ố t nghi ệ p Xin trân tr ọ ng c ả m ơn các anh ch ị , các b ạ n t ạ i APES Lab ( Advanced power electronic systems laboratory ) đã h ỗ tr ợ tôi trong quá trình th ự c hi ệ n Đ ồ án t ố t nghi ệ p Đ ặ c bi ệ t, xin g ử i l ờ i c ả m ơn t ớ i anh Đinh Huy Hùng, ngư ờ i b ạ n đ ồ ng hành trong su ố t quá trình làm vi ệ c, đã nhi ệ t tình trao đ ổ i và h ỗ tr ợ , cùng tôi nghiên c ứ u và th ự c nghi ệ m C ả m ơn nh ữ ng ngư ờ i b ạ n trong năm năm h ọ c đã luôn đ ộ ng viê n, khích l ệ tôi C ả m ơn nh ữ ng ngư ờ i luôn ở bên c ạ nh nhưng không c ầ n ở tôi m ộ t l ờ i c ả m ơn nào, đó là là gia đình M ộ t l ầ n n ữ a, tôi xin g ử i l ờ i tri ân sâu s ắ c đ ế n t ấ t c ả m ọ i ngư ờ i Sinh viên th ự c hi ệ n K ý và ghi rõ h ọ tên iv M Ụ C L Ụ C CHƯƠNG 1 T Ổ NG QUAN Đ Ộ NG CƠ T Ừ TR Ở THAY Đ Ổ I 10 1 1 Gi ớ i thi ệ u v ề đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 10 Sơ lư ợ c v ề đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 10 Các lo ạ i đ ộ ng cơ t ừ tr ở (Reluctance Motors) 11 Ưu như ợ c đi ể m và ứ ng d ụ ng c ủ a SRM 12 So sánh đ ộ ng cơ t ừ tr ở v ớ i m ộ t s ố đ ộ ng cơ khác 13 1 2 Phân tích ho ạ t đ ộ ng c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở 15 Cơ s ở v ậ t lý c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở 15 C ấ u t ạ o c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 15 Nguyên lý ho ạ t đ ộ ng 16 Mô t ả toán h ọ c c ủ a đ ộ ng cơ SRM 20 Phương trình đ ộ ng h ọ c 21 Đ ặ c tính c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở 22 CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH HÓA 24 2 1 Đ ặ t v ấ n đ ề 24 2 2 Phương pháp ph ầ n t ử h ữ u h ạ n 24 2 3 Ph ầ n m ề m Ansys maxwell 24 2 4 Phân tích đ ặ c tính đ ộ ng cơ trên ph ầ n m ề m Ansys Maxwell 25 2 5 Mô hình hóa đ ộ ng cơ trên Matlab/Simulink 30 CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP ĐI Ề U KHI Ể N VECTOR 32 3 1 B ộ bi ế n đ ổ i đ ộ ng cơ SRM 32 3 2 Phương pháp đi ề u khi ể n cơ b ả n 35 3 3 Phương pháp đi ề u khi ể n vector cho đ ộ ng cơ t ừ tr ở 36 Đặc tính điện cảm 36 Đặc tính dòng điện 37 Phân tích vector điều khiển trong SRM 39 Chuyển khung tọa độ uvw sang khung tọa độ dq 41 Điều khiển MTPA cho SRM 44 Mạch vòng điều khiển dòng điện động cơ SRM 46 CHƯƠNG 4 MÔ PH Ỏ NG 54 4 1 Sơ đ ồ đi ề u khi ể n 54 4 2 K ế t qu ả mô ph ỏ ng 58 v CHƯƠNG 5 THI Ế T K Ế PH Ầ N C Ứ NG TH Ự C NGHI Ệ M 64 5 1 C ấ u trúc ph ầ n c ứ ng 64 5 2 Thi ế t k ế các ph ầ n c ủ a ph ầ n c ứ ng 64 Thi ế t k ế m ạ ch l ự c 64 Thi ế t k ế m ạ ch driver cho Mosfet 66 Kit vi đi ề u khi ể n STM32F4 Discovery 66 M ạ ch đo dòng đi ệ n 67 C ả m bi ế n v ị trí Hall 68 K Ế T LU Ậ N 71 TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 1 PH Ụ L Ụ C 2 vi DANH M Ụ C HÌNH V Ẽ Hình 1 1: Đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 10 Hình 1 2: Phân lo ạ i đ ộ ng cơ 11 Hình 1 3 M ặ t c ắ t c ấ u t ạ o c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở đ ồ ng b ộ 12 Hình 1 4: Rotor và Stator c ủ a SRM 15 Hình 1 5: Rotor 16 Hình 1 6: M ộ t s ố lo ạ i SRM đi ể n hình hi ệ n nay 16 Hình 1 7: Nguyên lý ho ạ t đ ộ ng c ủ a 1 c ự c stator và 1 c ự c rotor 17 Hình 1 8: C ấ u trúc c ủ a SRM lo ạ i 8/6 v ớ i: a) V ị trí đ ồ ng tr ụ c, b) V ị tr ị l ệ ch tr ụ c, c) V ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c 17 Hình 1 9: Phân b ố t ừ thông ở a) V ị trí l ệ ch tr ụ c b) V ị trí đ ồ ng tr ụ c 18 Hình 1 10: Trình t ự đóng ng ắ t ngu ồ n sA, sD, sC, sB, sA đ ể t ạ o ra chuy ể n đ ộ ng quay theo chi ề u kim đ ồ ng h ồ 19 Hình 1 11: Trình t ự đóng ng ắ t ngu ồ n sA, sB, sC, sD, sA đ ể t ạ o ra chuy ể n đ ộ ng quay ngư ợ c theo chi ề u kim đ ồ ng h ồ 19 Hình 1 12: M ạ ch tương đương m ộ t pha đ ộ ng cơ SRM 20 Hình 1 13: Đ ặ c tính công su ấ t c ủ a SRM 22 Hình 2 1: Giao di ệ n ph ầ n m ề m ANSYS maxwell 25 Hình 2 2: Mô hình đ ộ ng cơ SRM 12/8 trên Ansys Maxwell 26 Hình 2 3: Mô hình đ ộ ng cơ SRM 12/8 trên giao di ệ n Maxwell c ủ a Ansys Maxwell 27 Hình 2 4: Mô hình đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 3D 28 Hình 2 5: Mô hình đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i 2D 28 Hình 2 6:Quan h ệ t ừ thông theo v ị trí và dòng đi ệ n 28 Hình 2 7: Quan h ệ 3 chi ề u t ừ thông theo v ị trí và dòng đi ệ n 28 Hình 2 8: Quan h ệ đi ệ n c ả m theo v ị trí rotor và dòng đi ệ n 29 Hình 2 9: Quan h ệ momen theo dòng đi ệ n và v ị t rí rotor 29 Hình 2 10: Mô hình 1 pha c ủ a SRM 30 Hình 2 11: Mô hình 3 pha c ủ a đ ộ ng cơ SRM 30 Hình 2 12: Mô hình SRM trên Simulink 31 Hình 3 1: Sơ đ ồ b ộ bi ế n Asymmetric Bridge Converter 3 pha 32 Hình 3 2: B ộ bi ế n đ ổ i cho 1 pha b) M ạ ch đi ệ n m ộ t pha Stator 32 Hình 3 3: Hai tr ạ ng thái ON/OFF trong chuy ể n m ạ ch c ứ ng 33 Hình 3 4: a) Đi ệ n c ả m đ ộ ng cơ SRM b) Tr ạ ng t hái van T 1 /T 2 c) Đi ệ n áp pha d) Dòng pha 33 Hình 3 5: a) Đi ệ n c ả m đ ộ ng cơ SRM b) Tr ạ ng thái van T c) Tr ạ ng thái van T 2 c) Đi ệ n áp ph a d) Dòng pha 34 Hình 3 6: D ạ ng tín hi ệ u trong phương pháp đi ề u khi ể n cơ b ả n 35 vii Hình 3 7: B ộ đi ề u khi ể n dòng đi ệ n Hysteris band 36 Hình 3 8: C ấ u trúc đi ề u khi ể n phương pháp cơ b ả n 36 Hình 3 9: Đ ặ c tính đi ệ n c ả m và dòng đi ệ n phương pháp đi ề u khi ể n cơ b ả n và đi ề u khi ể n vector 37 Hình 3 10: Đ ồ th ị điên c ả m và dòng đi ệ n phương pháp vector 39 Hình 3 11: Vector control of SRM 39 Hình 3 12: Đư ờ ng s ứ c t ừ chính và vector t ừ thông khi ch ỉ có thành ph ầ n DC 39 Hình 3 13: D ạ ng dòng đi ệ n kích thích đơn c ự c sau khi lo ạ i b ỏ thành ph ầ n dòng đi ệ n DC 40 Hình 3 14: Đư ờ ng s ứ c t ừ chính và vector t ừ thông khi ch ỉ kích thích thành ph ầ n AC 40 Hình 3 15: Đư ờ ng s ứ c t ừ chính và momen khi kích thích c ả 2 thành ph ầ n DC và AC 41 Hình 3 16: Đ ồ th ị minh h ọ a nguyên lý t ạ o momen trong SRM T ừ trên xu ố ng dư ớ i: Dòng đi ệ n AC khi lo ạ i b ỏ thành thành ph ầ n DC, s ứ c ph ả n đi ệ n đ ộ ng b ở i thành ph ầ n dòng DC, Năng lư ợ ng đi ệ n tiêu th ị trên pha u, T ổ ng năng lư ợ ng tiêu th ụ 41 Hình 3 17: Mô hình khung tham chi ế u c ố đ ị nh c ủ a SRM 42 Hình 3 18: Mô hình khung tham chi ế u quay dq c ủ a SRM 43 Hình 3 19: C ấ u trúc đi ề u khi ể n vector cho SRM 44 Hình 3 20: Đ ồ th ị hàm s ố 45 Hình 3 21: C ấ u trúc đi ề u khi ể n SRM 46 Hình 3 22: Nguyên lí b ộ đi ề u khi ể n Hysteresis Current Controller HCC 46 Hình 3 23: C ấ u trúc m ạ ch vòng đi ề u khi ể n dòng đi ệ n theo phương pháp HCC 47 Hình 3 24: C ấ u trúc b ộ đi ề u khi ể n dòng c ả i ti ế n 49 Hình 3 25: C ấ u trúc b ộ đi ề u khi ể n truy ề n th ẳ ng 50 Hình 3 26: Mô hình tuy ế n tính đ ộ ng cơ SRM 51 Hình 3 27: Mô hình tuy ế n tính rút g ọ n c ủ a đ ộ ng cơ SRM 51 Hình 3 28: Sơ đ ồ m ạ ch vòng dòng đi ệ n 52 Hình 4 1: C ấ u đi ề u trúc đi ề u khi ể n cơ b ả n 54 Hình 4 2: C ấ u trúc đi ề u khi ể n đ ộ ng cơ SRM12/8 s ử d ụ ng b ộ đi ề u khi ể n HCC 55 Hình 4 3: B ộ đi ề u khi ể n dòng hysteresis current control 56 Hình 4 4: C ấ u trúc đi ề u khi ể n đ ộ ng cơ SRM12/8 s ử d ụ ng b ộ đi ề u khi ể n dòng Improved Current Controller 57 Hình 4 5: Đáp ứ ng dòng đi ệ n, đáp ứ ng momen, đáp ứ ng t ố c đ ộ phương pháp đi ề u khi ể n cơ b ả n 58 viii Hình 4 6: Đ ộ đ ậ p m ạ ch momen theo phương pháp đi ề u khi ể n cơ b ả n 59 Hình 4 7: Đáp ứ ng dòng đi ệ n, đáp ứ ng momen, đáp ứ ng t ố c đ ộ phương pháp đi ề u khi ể n s ử d ụ ng b ộ đi ề u khi ể n HCC 60 Hình 4 8: Đ ậ p m ạ ch momen phương pháp đi ề u khi ể n vector v ớ i b ộ đi ề u khi ể n HCC 61 Hình 4 9: Đáp ứ ng dòng đi ệ n, đáp ứ ng momen, đáp ứ ng t ố c đ ộ phương pháp đi ề u khi ể n s ử d ụ ng b ộ đi ề u khi ể n Improved Current Controller 62 Hình 4 10: Đ ậ p m ạ ch momen phương pháp đi ề u khi ể n vector v ớ i b ộ đi ề u khi ể n Improved Current Controller theo nguyên lý PWM 63 Hình 5 1 C ấ u trúc ph ầ n c ứ ng th ự c nghi ệ m 64 Hình 5 2 M ạ ch l ự c c ầ u không đ ố i x ứ ng 3 pha đ ộ ng cơ SRM 64 Hình 5 3 M ạ ch c ầ u không đ ố i x ứ ng cho pha u 65 Hình 5 4 M ạ ch Driver c ấ u trúc Push - Pull k ế t h ợ p bi ế n áp xung 66 Hình 5 5 Kit vi đi ề u khi ể n STM32F4 Dis covery 66 Hình 5 6 C ấ u hình s ử d ụ ng c ả m bi ế n ACS758LCB 67 Hình 5 7 Thi ế t k ế m ạ ch đo dòng 67 Hình 5 8 Hình ả nh c ả m bi ế n ACS758LCB th ự c t ế 67 Hình 5 9 Hi ệ u ứ ng Hall 68 Hình 5 10 Nam châm vĩnh c ử u đư ợ c g ắ n v ớ i tr ụ c rotor đ ộ ng cơ 68 Hình 5 11 Ba c ả m bi ế n hall đ ặ t c ạ nh vòng tròn nam châm 69 Hình 5 12 D ạ ng sóng tín hi ệ u c ủ a 3 c ả m bi ế n Hall 69 Hình 5 13 M ạ ch phân áp tín hi ệ u c ả m bi ế n Hall 70 Hình 5 14 M ạ ch PCB đi ề u khi ể n SRM 70 ix DANH M Ụ C B Ả NG BI Ể U B ả ng 1 1: So sánh SRM v ớ i đ ộ ng cơ Không đ ồ ng b ộ 13 B ả ng 1 2: So sánh SRM v ớ i đ ộ ng cơ m ộ t chi ề u 14 B ả ng 2 1: Thông s ố đ ộ ng cơ SRM 12/8 25 10 CHƯƠNG 1 T Ổ NG QUAN Đ Ộ NG CƠ T Ừ TR Ở THAY Đ Ổ I 1 1 Gi ớ i thi ệ u v ề đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i Sơ lư ợ c v ề đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i Đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i – Switched Reluctance Motor (SRM) b ắ t đ ầ u đư ợ c đ ề xu ấ t t ừ năm 1842 v ớ i nhi ể u ưu đi ể m so v ớ i các đ ộ ng cơ cùng th ờ i như đ ộ ng cơ không đ ồ ng b ộ m ộ t pha, đ ộ ng cơ không đ ồ ng b ộ ba pha, đ ộ ng cơ đi ệ n đ ồ ng b ộ ba pha, Tuy nhiên, vì c ấ u trúc SRM v ớ i c ấ u trúc hai c ự c l ồ i và tính phi tuy ế n c ủ a đ ặ c tính đi ệ n c ả m nên xu ấ t hi ệ n các v ấ n đ ề v ề ti ế ng ồ n và đ ậ p m ạ ch m o men là m ộ t rào c ả n l ớ n so v ớ i các lo ạ i đ ộ ng cơ khác khi đưa vào s ử d ụ ng th ự c ti ễ n Ch ỉ t ừ đ ầ u th ậ p k ỷ 90, khi các lĩnh v ự c c ả m bi ế n, đi ệ n t ử công su ấ t và đ ặ c bi ệ t vi đi ề u khi ể n/vi x ử lý tín hi ệ u đ ạ t đư ợ c nh ữ ng ti ế n b ộ đáng k ể , cho phép kh ắ c ph ụ c các đi ể m y ế u nói trên b ằ ng các gi ả i pháp ph ầ n m ề m m ộ t cách r ấ t có hi ệ u qu ả , đ ồ ng th ờ i đ ả m b ả o giá thành h ệ th ố ng th ấ p Khi ấ y, ĐCTK l ạ i đư ợ c quan tâm, đ ặ c bi ệ t trong nh ữ ng ứ ng d ụ ng công su ấ t nh ỏ Hình 1 1 : Đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i Các công trình nghiên c ứ u v ề SRM đã đưa ra các phương pháp th i ế t k ế khác nhau cho đ ộ ng cơ đ ể gi ả m t ố i thi ể u đ ộ đ ậ p m ạ ch c ủ a momen ho ặ c các k ỹ thu ậ t đi ề u khi ể n khác nhau Tuy nhiên, SRM v ẫ n chưa đ ạ t đư ợ c yêu c ầ u đ ặ t ra cho các h ệ truy ề n đ ộ ng đòi h ỏ i đ ộ chính xác cao như: máy công c ụ CNC, robotics , … Có c ấ u trúc đơn g i ả n là m ộ t đ ặ c đi ể m r ấ t quan tr ọ ng c ủ a SRM so v ớ i t ấ t c ả các lo ạ i máy đi ệ n khác Rotor c ủ a SRM không c ầ n thành ph ầ n kích thích vĩnh c ử u, ch ổ i than hay chuy ể n m ạ ch trong ph ầ n Rotor Các cu ộ n dây đư ợ c qu ấ n xung quanh c ự c Stator m ộ t cách t ậ p trung và đ ộ c l ậ p v ớ i nhau t ạ o thành các pha và m ỗ i pha ch ỉ có hai c ự c Ph ầ n Rotor không ch ứ a các cu ộ n dây mà ch ỉ đơn gi ả n là các lá thép đư ợ c ép l ạ i v ớ i nhau hình thành các răng Rotor SRM là lo ạ i đ ộ ng cơ duy nh ấ t có c ấ u t ạ o có c ự c ở c ả hai phía Rotor và Stator Và như th ế , SRM h ứ a h ẹ n trong tương lai không xa s ẽ có th ể thay th ế r ấ t nhi ề u h ệ truy ề n đ ộ ng đang đư ợ c s ử d ụ ng đ ộ ng cơ không đ ồ ng b ộ Rotor l ồ ng sóc, hay đ ộ ng cơ m ộ t chi ề u Hi ệ n nay, xu hư ớ ng gi ả m s ử d ụ ng nhiên li ệ u hóa th ạ ch tăng lên do đó xe đi ệ n (EVs) d ầ n tr ở nên tr ở thành m ộ t lĩnh v ự c quan tr ọ ng trong ngành công 11 nghi ệ p oto Các t ổ ch ứ c th ế gi ớ i đã nghiên c ứ u trong năm 2011, 80 tri ệ u xe đi ệ n đã đư ợ c s ả n xu ấ t, và tăng m ạ n h trong năm 2015 như hình 1 4 Khi đó ứ ng d ụ ng c ủ a đ ộ ng SRM ch ắ c ch ắ n s ẽ chi ế m m ộ t t ầ m quan tr ọ ng r ấ t l ớ n Các lo ạ i đ ộ ng cơ t ừ tr ở ( Reluctance Motors ) Khái ni ệ m đ ộ ng cơ t ừ tr ở đã có t ừ r ấ t lâu, v ớ i cái tên máy đi ệ n t ừ và sau này đư ợ c phát tri ể n thành m ộ t k hái ni ệ m m ớ i đó là đ ộ ng cơ bư ớ c M ộ t cách cơ b ả n thì SRM là m ộ t d ạ ng đ ộ ng cơ bư ớ c đã và đang có r ấ t nhi ề u ứ ng d ụ ng trong c ả lĩnh v ự c ứ ng d ụ ng đ ộ ng cơ bư ớ c chuy ể n đ ộ ng quay và đ ộ ng cơ bư ớ c tuy ế n tính D ự a vào đ ặ c đi ể m c ấ u t ạ o, các đ ộ ng cơ có th ể đư ợ c phân l o ạ i như Hình 1 2 Hình 1 2 : Phân lo ạ i đ ộ ng cơ Đ ộ ng cơ t ừ tr ở ( Reluctance Motors ) là lo ạ i đ ộ ng cơ ho ạ t đ ộ ng d ự a trên s ự khác bi ệ t và bi ế n thiên c ủ a t ừ tr ở m ạ ch t ừ Trong hình 1 2 , đ ộ ng cơ t ừ tr ở chia ra làm hai lo ạ i chính: đ ộ ng cơ t ừ tr ở đ ồ ng b ộ ( Synchoronous Reluctance Motor ) và đ ộ ng cơ t ừ tr ở ki ể u đóng ng ắ t (Switched Reluctance Motor s ) Đ ộ ng cơ t ừ tr ở đ ồ ng b ộ (SynRM) v ớ i c ấ u t ạ o như hình 1 3 có nguyên lý sinh momen d ự a trên s ự khác bi ệ t gi ữ a đi ệ n c ả m d ọ c tr ụ c và đi ệ n c ả m ngang tr ụ c trong h ệ t ọ a đ ộ dq SynRM có s ố c ự c ở Stator và Rotor là b ằ ng nhau Rotor c ủ a SynRM đư ợ c thi ế t k ế đ ể hư ớ ng t ừ thông qua rotor theo qu ỹ đ ạ o mong mu ố n, do đó các l ỗ tr ố ng đư ợ c t ạ o ra nh ằ m m ụ c đích này (như hình 1 3 ) Cũng nh ờ v ậ y nên khi làm vi ệ c, rotor c ủ a đ ộ ng cơ náy mát hơn so v ớ i các đ ộ ng cơ khác S ố c ự c đi ể n hi ể n c ủ a SynRM là 4 và 6 Vi ệ c đi ề u khi ể n đ ộ ng cơ t ừ tr ở đ ồ ng b ộ tương như đi ề u khi ể n đ ộ ng cơ đ ồ ng b ộ thông thư ờ ng Tuy nhiên, đ ộ ng cơ này không ph ả i đ ố i tư ợ ng nghiên c ứ u chính c ủ a đ ề tài này 12 Hình 1 3 M ặ t c ắ t c ấ u t ạ o c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở đ ồ ng b ộ Đ ộ ng cơ t ừ tr ở ki ể u đóng c ắ t là đ ộ ng cơ có nguyên lý h ọ c đ ộ ng khác v ớ i t ấ t c ả các lo ạ i đ ộ ng cơ khác Ph ầ n này s ẽ đư ợ c làm rõ ở m ụ c 1 2 Ưu như ợ c đi ể m và ứ ng d ụ ng c ủ a SRM V ớ i c ấ u trúc đơn gi ả n, có c ự c ở c ả hai phía, Rotor không c ầ n có thành ph ầ n kích thích, SRM có m ộ t s ố ưu đi ể m n ổ i b ậ t sau: + Stator có lõi s ắ t có các c ự c t ừ l ồ i và các cu ộ n dây qu ấ n t ậ p trung nên đơn gi ả n trong khâu thi ế t k ế , ch ế t ạ o + Rotor không có dây qu ấ n, không có nam châm, ch ỉ là m ộ t kh ố i s ắ t t ừ nên cũng đơn gi ả n trong vi ệ c ch ế t ạ o và gi ả m chi phí Rotor không có dây qu ấ n, không có nam châm, l ạ i đư ợ c thi ế t k ế v ớ i đư ờ ng kính bé đ ể gi ả m momen quán tính nên ho ạ t đ ộ ng đư ợ c ở t ố c đ ộ cao + Mômen c ủ a SRM t ỉ l ệ bình phương v ớ i cư ờ ng đ ộ dòng đi ệ n, do đó có kh ả năng sinh mômen l ớ n, đ ặ c bi ệ t khi kh ở i đ ộ ng + Dò ng đi ệ n ch ạ y qua cu ộ n dây ch ỉ theo m ộ t chi ề u nên giúp cho m ạ ch công su ấ t có c ấ u t ạ o đơn gi ả n, tin c ậ y + Khi x ả y ra s ự c ố m ấ t pha, SRM v ẫ n có th ể duy trì ho ạ t đ ộ ng, đây là m ộ t ưu đi ể m đư ợ c t ậ n d ụ ng trong nh ữ ng ứ ng d ụ ng đòi h ỏ i tính an toàn cao + Do ch ỉ c ấ p đ i ệ n phía Stator nên vi ệ c làm mát đ ố i v ớ i SRM là vô cùng đơn gi ả n, vì v ậ y mà SRM có th ể làm vi ệ c tương đ ố i t ố t trong nh ữ ng môi trư ờ ng kh ắ c nghi ệ t Tuy nhiên, đ ộ ng cơ SRM có nh ữ ng như ợ c đi ể m sau: + SRM là lo ạ i đ ộ ng cơ r ấ t khó đi ề u khi ể n Vi ệ c đi ề u khi ể n SRM lu ôn c ầ n có c ả m bi ế n đo góc tuy ệ t đ ố i chính xác xác đ ị nh v ị trí Rotor và b ộ bi ế n đ ổ i đi ệ n t ử công su ấ t đ ể c ấ p đi ệ n cho m ỗ i pha Do v ậ y, ở nh ữ ng ứ ng d ụ ng không yêu c ầ u đi ề u ch ỉ nh t ố c đ ộ , ngư ờ i ta không dùng SRM 13 + V ớ i c ấ u trúc hai c ự c l ồ i c ủ a đ ộ ng cơ và b ả n ch ấ t khác bi ệ t c ủ a vi ệ c t ạ o mômen d ẫ n t ớ i s ự phi tuy ế n m ạ nh gi ữ a các thông s ố , gây khó khăn trong vi ệ c đi ề u khi ể n + H ệ truy ề n đ ộ ng SRM luôn có nh ấ p nhô momen l ớ n nên không đư ợ c ứ ng d ụ ng cho nh ữ ng h ệ th ố ng c ầ n đi ề u khi ể n v ị trí (các h ệ Servo) nhưn Ro bot, máy công c ụ CNC, … + Do nh ấ p nhô momen và s ự bi ế n đôi thư ờ ng xuyên c ủ a l ự c xuyên tâm, ti ế ng ồ n, đ ộ rung sinh ra khi v ậ n hành là m ộ t như ợ c đi ể m l ớ n c ủ a SRM V ớ i nh ữ ng ưu, như ợ c đi ể m đư ợ c trình bày ở trên, SRM có nh ữ ng ứ ng d ụ ng đ ặ c thù, phát huy ưu đi ể m v ư ợ t tr ộ i và h ạ n ch ế đư ợ c nh ữ ng như ợ c đi ể m c ủ a nó Khi các công c ụ đi ề u khi ể n phát tri ể n, SRM có nh ữ ng ứ ng d ụ ng c ụ th ể sau: + Ứ ng d ụ ng trong máy gi ặ t, máy nén khí, qu ạ t gió, bơm Đây là nh ữ ng ứ ng d ụ ng đòi h ỏ i t ố c đ ộ cao, kh ả năng sinh momen m ạ nh m ẽ và có th ể ch ấ p nh ậ n đ ộ rung, ti ế ng ồ n ở m ộ t m ứ c đ ộ nh ấ t đ ị nh + Ứ ng d ụ ng cho hàng không, SRM là m ộ t s ự l ự a ch ọ n lý tư ở ng cho ứ ng d ụ ng trong hàng không v ớ i vai trò đ ộ ng cơ sơ c ấ p kh ở i đ ộ ng đ ộ ng cơ ph ả n l ự c - lo ạ i ứ ng d ụ ng c ầ n ch ạ y ở t ố c đ ộ 27000 - 50000 vòng /phút Khi đ ộ ng cơ đã ch ạ y ổ n đ ị nh, SRM gi ữ vai trò máy phát, làm ngu ồ n c ấ p cho m ạ ng đi ệ n máy bay + Ứ ng d ụ ng làm đ ộ ng cơ phát đ ộ ng cho truy ề n đ ộ ng kéo tàu đi ệ n, xe đi ệ n, chân v ị t tàu th ủ y, tàu ng ầ m So sánh đ ộ ng cơ t ừ tr ở v ớ i m ộ t s ố đ ộ ng cơ khác B ả ng 1 1 : So sánh SRM v ớ i đ ộ ng cơ Không đ ồ ng b ộ Đ ặ c đi ể m SRM ĐK Đ ặ c đi ể m momen Có th ể sinh momen l ớ n trong d ả i dư ớ i t ố c đ ộ cơ b ả n Momen nh ỏ ở vùng t ố c đ ộ th ấ p T ỷ l ệ P/kt L ớ n V ừ a ph ả i Do c ả Stator và Rotor đ ề u có cu ộ n dây nên t ỷ l ệ này th ấ p hơn so v ớ i SRM Quán tính Rotor Th ấ p Đi ể m thu ậ n l ợ i cho đ ặ c tính đ ộ ng Cao Làm x ấ u đ ặ c tính đ ộ ng c ủ a đ ộ ng cơ Dòng kh ở i đ ộ ng Đ ị nh m ứ c R ấ t cao C ầ n gi ớ i h ạ n dòng đi ệ n kh ở i đ ộ ng Thông thư ờ ng dùng m ạ ch kh ở i đ ộ ng sao - tam giác Đi ề u khi ể n Đ ộ ng cơ không th ể ho ạ t đ ộ ng tr ự c ti ế p v ớ i lư ớ i đi ệ n 3 pha mà ch ỉ có th ể ho ạ t Đ ộ ng cơ có th ể ho ạ t đ ộ ng tr ự c ti ế p v ớ i lư ớ i đi ệ n 3 pha khi ho ạ t đ ộ ng ở đ ị nh 14 đ ộ ng khi có m ạ ch công su ấ t và m ạ ch đi ề u khi ể n m ứ c M ạ ch công su ấ t và m ạ ch đi ề u khi ể n ch ỉ c ầ n thi ế t khi c ầ n thay đ ổ i t ố c đ ộ B ả ng 1 2 : So sánh SRM v ớ i đ ộ ng cơ m ộ t chi ề u Đ ặ c đi ể m SRM ĐCMC Chuy ể n m ạ ch Không có ch ổ i than, vành góp Chuy ể n m ạ ch có ch ổ than, vành góp B ả o dư ỡ ng R ấ t ít vì không dùng ch ổ i than C ầ n b ả o dư ỡ ng đ ị nh k ỳ Th ờ i gian làm vi ệ c Lâu hơn Ng ắ n hơn D ả i t ố c đ ộ Cho phép ho ạ t đ ộ ng trên toàn d ả i t ố c đ ộ Ở t ố c đ ộ cao, ma sát gây ra b ở i ch ổ i than và vành góp tăng, làm tăng momen h ữ u ích Hi ệ u su ấ tt Cao Do không có đi ệ n áp rơi trên ch ổ i than V ừ a ph ả i T ỷ l ệ P/kt L ớ n Kích thư ớ c đ ộ ng cơ gi ả m do c ấ u t ạ o đơn gi ả n, đ ặ c tính t ả n nhi ệ t t ố t Đ ộ ng cơ SRM có các cu ộ n day Stator g ắ n trên tr ụ c đ ộ ng cơ nên kh ả năng t ả n nhi ệ t r ấ t cao V ừ a ph ả i/ th ấ p Nhi ệ t sinh ra t ừ ph ầ n ứ ng đư ợ c t ỏ a ra khe h ở và làm nóng khe h ở Đi ề u này làm h ạ n ch ế P/kt Quán tính Rotor Th ấ p Do Rotor ch ỉ là các lá thép m ỏ ng ghép l ạ i v ớ i nhau Quán tính Rotor cao hơn gi ớ i h ạ n đ ặ c tính đ ộ ng c ủ a đ ộ ng cơ D ả i t ố c đ ộ R ộ ng Do không khí b ị gi ớ i h ạ n v ề m ặ t cơ khí Th ấ p Do b ị gi ớ i h ạ n b ở i m ặ t cơ khí c ủ a ch ổ i than Nhi ễ u đi ệ n R ấ t th ấ p Ch ổ i than và vành góp khi ho ạ t đ ộ ng sinh ra các nhi ễ u đi ệ n t ừ ả nh hư ở ng t ớ i các thi ế t b ị xung quanh Giá thành R ẻ hơn do c ấ u t ạ o đơn gi ả n Bình thư ờ ng Đi ề u khi ể n Ph ứ c t ạ p Đơn gi ả n và r ẻ Yêu c ầ u v ề đi ề u khi ể n Đ ộ ng cơ ph ả i luôn đi kèm v ớ i m ạ ch công su ấ t và m ạ ch đi ề u khi ể n, n ế u không thì đ ộ ng cơ s ẽ không ch ạ y Đ ộ ng cơ có th ể không c ầ n b ộ đi ề u khi ể n khi ho ạ t đ ộ ng ở t ố c đ ộ đ ị nh m ứ c B ộ đi ề u khi ể n ch ỉ c ầ n thi ế t khi thay đ ổ i t ố c đ ộ đ ộ ng cơ 15 1 2 Phân tích ho ạ t đ ộ ng c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở Cơ s ở v ậ t lý c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở Đ ể hi ể u nguyên lý ho ạ t đ ộ ng c ủ a SRM, ta xem xét phương trình momen c ủ a đ ộ ng cơ đ ồ ng b ộ kích thích b ằ ng nam châm vĩnh c ử u như sau: ( ) ( ) 3 3 2 2 M p sd sq sq sd p p sq sd sq sd sq m z i i z i i i L L      = − = + −   ( 1 1 ) Ta th ấ y momen quay bao g ồ m 2 thành ph ầ n: Thành ph ầ n chính do t ừ thông c ự c p  (nam châm vĩnh c ử u) gây nên, thành ph ầ n ph ả n kháng do hi ệ u s ố ( ) sd sq L L − gây nên Rõ ràng: n ế u máy đi ệ n hoàn toàn không có kích thích và 0 p  = , khi ấ y máy đi ệ n v ẫ n có kh ả năng t ạ o ra momen và momen đó càng l ớ n n ế u chênh l ệ ch ( ) sd sq L L − càng l ớ n Đây chính là cơ s ở vât lý c ủ a SRM, là lo ạ i máy đi ệ n không có h ệ th ố ng kích t ừ m ộ t cách rõ ràng C ấ u t ạ o c ủ a đ ộ ng cơ t ừ tr ở thay đ ổ i Cũng gi ố ng như các lo ạ i đ ộ ng cơ khác, SRM đư ợ c c ấ u t ạ o b ở i 2 ph ầ n chính: Stator : Không gi ố ng như Stator c ủ a các lo ạ i máy đi ệ n 3 pha khác - lo ạ i máy đi ệ n có các cu ộ n dây có th ể phân tán tùy theo s ố đôi c ự c, Stator c ủ a SRM có c ấ u t ạ o b ở i nhi ề u c ự c ch ứ a các cu ộ n dây t ậ p trung Hình 1 4 : Rotor và Stator c ủ a SRM Rotor : Hoàn toàn k hác v ớ i Rotor c ủ a các lo ạ i máy đi ệ n khác, Rotor c ủ a SRM không ch ứ a các cu ộ n dây và đư ợ c ch ế t ạ o b ằ ng v ậ t li ệ u s ắ t t ừ có x ẻ răng (teeth) v ớ i t ổ ng s ố răng bao gi ờ cũng ít hơn t ổ ng s ố c ự c c ủ a Stator 16 Hình 1 5 : Rotor SRM có nhi ề u lo ạ i, tùy theo yêu c ầ u c ụ th ể v ề t ố c đ ộ , công su ấ t…Hình 1 6 gi ớ i thi ệ u v ề m ộ t s ố lo ạ i SRM khác nhau: Hình 1 6 : M ộ t s ố lo ạ i SRM đi ể n hình hi ệ n nay Nguyên lý ho ạ t đ ộ ng Phương th ứ c ho ạ t đ ộ ng c ủ a SRM r ấ t đơn gi ả n: Có th ể coi SRM là m ộ t h ệ th ố ng các nam châm đi ệ n đ ộ c l ậ p, đư ợ c luân phiên c ấ p dòng đ ồ ng b ộ v ớ i v ị trí c ủ a rotor N ế u xét riêng m ộ t c ự c stator và m ộ t c ự c rotor thì có th ể coi SRM là h ệ th ố ng các nam châm đi ệ n Kh i m ộ t lõi s ắ t đư ợ c cu ố n xung quanh là cu ộ n dây có dòng đi ệ n ch ạ y qua thì nó tr ở thành nam châm đi ệ n và hút các v ậ t li ệ u s ắ t t ừ khác Tương t ự ở đây khi cu ộ n dây qu ấ n quanh m ộ t c ự c c ủ a stator có đi ệ n thì nó cũng tr ở thành nam châm đi ệ n và hút v ậ t li ệ u s ắ t t ừ là c ự c rotor g ầ n nh ấ t v ớ i nó, làm rotor quay 17 Hình 1 7 : Nguyên lý ho ạ t đ ộ ng c ủ a 1 c ự c stator và 1 c ự c rotor Các c ự c c ủ a stator và rotor s ẽ đư ợ c thi ế t k ế ở v ị trí tương đ ố i thích h ợ p đ ể khi đư ợ c c ấ p đi ệ n vào các cu ộ n dây thì h ệ th ố ng nam châm này s ẽ t ạ o ra l ự c hút theo cùng m ộ t hư ớ ng quay, t ạ o nên momen t ổ ng cho SRM Hình 1 8 : C ấ u trúc c ủ a SRM lo ạ i 8/6 v ớ i: a) V ị trí đ ồ ng tr ụ c, b) V ị t r ị l ệ ch tr ụ c, c) V ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c Momen c ủ a SRM có đư ờ ng phân b ố trên b ề m ặ t rotor l ặ p l ạ i theo chu k ỳ c ủ a răng Trong m ỗ i chu k ỳ có hai v ị trí: v ị trí đ ồ ng tr ụ c và v ị tr ị l ệ ch tr ụ c Ta xét m ộ t s ố đ ị nh nghĩa: Đ ị nh nghĩa 1 : Rotor c ủ a SRM đư ợ c coi là n ằ m ở v ị trí đ ồ ng tr ụ c so v ớ i 1 pha xác đ ị nh nào đó n ế u t ạ i th ờ i đi ể m đó đi ệ n c ả m c ủ a cu ộ n dây pha là l ớ n nh ấ t và Rotor đư ợ c coi là ở v ị trí l ệ ch tr ụ c v ớ i m ộ t pha xác đ ị nh n ế u như đi ệ n c ả m đ ạ t giá tr ị nh ỏ nh ấ t, còn ở các v ị trí khác thì Rotor s ẽ đ ư ợ c g ọ i l à v ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c Đ ị nh nghĩa 2 : Khi m ộ t cu ộ n dây pha đư ợ c d ẫ n dòng, Rotor c ủ a SRM luôn có xu hư ớ ng chuy ể n đ ộ ng v ề phía c ự c Stator có cu ộ n dây đư ợ c d ẫ n dòng đ ể giá tr ị đi ệ n c ả m là l ớ n nh ấ t (v ị trí đ ồ ng tr ụ c) và đi ề u này làm cho t ừ năng trong cu ộ n dây đ ạ t giá tr ị l ớ n nh ấ t 18 Hình 1 9 : Phân b ố t ừ thông ở a) V ị trí l ệ ch tr ụ c b) V ị trí đ ồ ng tr ụ c L ấ y ví d ụ đ ộ ng cơ SRM 8/6 đ ể gi ả i thích nguyên lý ho ạ t đ ộ ng (hình 1 11 ) Rotor có 6 c ự c v à stator có 8 c ự c và đư ợ c n ố i dây thành 4 pha A, B, C, D, c ứ 2 c ự c đ ố i x ứ ng đư ợ c n ố i dây thành m ộ t pha Trong hình 1 11 gi ả thi ế t r ằ ng: t ạ i m ộ t th ờ i đi ể m xác đ ị nh thì ch ỉ có cu ộ n dây c ủ a m ộ t pha đư ợ c c ấ p ngu ồ n T ạ i th ờ i đi ể m 0 (lúc b ắ t đ ầ u cu ộ n dây pha đư ợ c c ấ p ngu ồ n), Rotor n ằ m ở v ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c, theo đ ị nh nghĩa trên, Rotor s ẽ b ị kéo chuy ể n đ ộ ng v ề phía c ự c c ủ a c ủ a pha đang d ẫ n dòng đ ể đ ạ t tr ạ ng thái đ ồ ng tr ụ c, lúc này n ế u ng ắ t dòng pha 1 (i s1 =0) và pha 4 đư ợ c c ấ p ngu ồ n khi đó Rotor ti ế p t ụ c đư ợ c kéo v ề v ị trí đ ồ ng tr ụ c (theo hình 1 11 b) và như v ậ y Rotor s ẽ đư ợ c gi ữ nguyên chi ề u quay (theo chi ề u thu ậ n chi ề u kim đ ồ ng h ồ ) tính theo v ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c hi ệ n th ờ i t ớ i v ị trí đ ồ ng tr ụ c g ầ n nh ấ t (hình 1 11 c ) đ ố i v ớ i pha 4 Bây gi ờ Rotor l ạ i ở v ị trí m ấ t đ ồ ng tr ụ c so v ớ i pha 3 và pha 3 đư ợ c c ấ p ngu ồ n thay vì pha 4 thì đ ả m b ả o Rotor s ẽ đư ợ c duy trì theo chi ề u quay c ố đ ị nh (hình 1 11 d) Tóm l ạ i , đ ể đ ộ ng cơ quay theo chi ề u kim đ ồ ng h ồ , ta c ấ p dòng theo th ứ t ự pha như sau: A, D, C, B (hình 1 11 ) Ta nh ậ n th ấ y: Đ ầ u tiên c ấ p đi ệ n cho pha A, c ự c rotor th ẳ ng hàng v ớ i c ự c stator pha A, r ồ i đ ế n c ấ p đi ệ n cho pha D, r ồ i pha C, r ồ i pha B, r ồ i l ạ đ ế n lư ợ t p ha A đư ợ c c ấ p đi ệ n thì c ự c rotor l ạ i th ẳ ng hàng v ớ i c ự c stator pha A T ứ c là đã xong m ộ t chu k ỳ c ấ p xung Như v ậ y m ỗ i l ầ n c ấ p xung thì rotor quay m ộ t góc b ằ ng góc gi ữ a 2 c ự c rotor là 360 60 6 =  chia cho 4 là 15  hay rotor c ứ quay 15 đ ộ thì ta ph ả i chuy ể n pha c ấ p đi ệ n 19 Hình 1 10 : Trình t ự đóng ng ắ t ngu ồ n sA, sD, sC, sB, sA đ ể t ạ o ra chuy ể n đ ộ ng quay theo chi ề u kim đ ồ ng h ồ Phân tích tương t ự , đ ể quay ngư ợ c chi ề u kim đ ồ ng h ồ ta c ấ p đi ệ n theo th ứ t ự sau: sA, sB, sC, sD, sA, … (hình 1 18) Hình 1 11 : Trình t ự đóng ng ắ t ngu ồ n sA, sB, sC, sD, sA đ ể t ạ o ra chuy ể n đ ộ ng quay ngư ợ c theo chi ề u kim đ ồ ng h ồ 20 Nói m ộ t cách ng ắ n g ọ n, SRM đư ợ c đi ề u khi ể n b ằ ng cách đóng ng ắ t các cu ộ n dây pha m ộ t cách tu ầ n t ự vào ngu ồ n m ộ t chi ề u, đ ồ ng b ộ v ớ i v ị trí c ủ a Rotor Mô t ả toán h ọ c c ủ a đ ộ ng cơ SRM M ặ c dù SRM có c ấ u t ạ o đơn gi ả n cũng như ho ạ t đ ộ ng theo nguyên t ắ c khá đơn gi ả n nhưng vi ệ c phân tích m ộ t cách chính xác ho ạ t đ ộ ng c ủ a SRM v ẫ n yêu c ầ u mô t ả toán h ọ c các m ố i quan h ệ gi ữ a các tham s ố (như đi ệ n áp, dòng đi ệ n, t ừ thông, momen, ) m ộ t cách đ ầ y đ ủ và chu ẩ n m ự c Hình 1 12 : M ạ ch tương đương m ộ t pha đ ộ ng cơ SRM Ta xu ấ t phát t ừ phương trình đi ệ n t ừ cơ s ở v ớ i dòng i , góc quay  và t ừ thông  c ủ a cu ộ ng dây Stator ( ) , d i u Ri dt   = + ( 1 2 ) Trong ( 1 2 ) ta có: ( ) ( , ) , i iL i    = Thành ph ầ n vi phân trong (1 6) có th ể đư ợ c vi ế t l ạ i b ằ ng cách l ấ y đ ạ o hàm riêng như sau: ( ) ( ) ( ) ( ) , , , , d iL i L i L i di d di L i i dt dt dt i dt               = + +       ( 1 3 ) Thay ( 1 3 ) vào ( 1 2 ) ta s ẽ có phương trình đi ệ n áp m ớ i: ( ) ( ) ( ) , , , u Ri L i L i di L i i i dt i        =    + +    =    + ( 1 4 ) Phương trình ( 1 8 ) chính là mô hình phi tuy ế n , mô t ả đi ệ n áp đ ặ t lên cu ộ n dây Stator Thành ph ầ n đi ệ n áp ch ứ a ( ) , / i L i i    minh h ọ a đ ặ c đi ể m phi tuy ế n c ủ a đi ệ n c ả m, ph ụ thu ộ c dòng ch ả y quay cu ộ n dây Mô hình (1 4 ) s ẽ tr ở nên r ấ t rõ ràng d ễ hi ễ u n ế u ta tuy ế n tính hóa m ạ ch t ừ , t ứ c là coi L là h ằ ng: 21 ( ) ( ) d u t R i i dL di L d     + = + ( 1 5 ) Trong mô hình tuy ế n tính ( 1 5 ): • Thành ph ầ n đ ầ u tiên là đi ệ n áp rơi trên đi ệ n tr ở cu ộ n dây (gây nên t ổ n hao thu ầ n tr ở c ủ a cu ộ n dây) • Thành ph ầ n th ứ 2 là đi ệ n áp rơi trên cu ộ n dây k hi có bi ế n thiên

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/357332362 Nghiên cứu điều khiển động từ trở thay đổi sử dụng phương pháp điều khiển vector Thesis · December 2021 CITATIONS READS 2,496 author: Tuan Nguyen Manh PUBLICATIONS   0 CITATIONS    SEE PROFILE All content following this page was uploaded by Tuan Nguyen Manh on 26 December 2021 The user has requested enhancement of the downloaded file TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nghiên cứu điều khiển động từ trở thay đổi sử dụng phương pháp điều khiển vector NGUYỄN MẠNH TUẤN tuan.nm164378@sis.hust.edu.vn Ngành Kỹ thuật Điều khiển Tự động hóa Chun ngành Tự động hóa cơng nghiệp Giảng viên hướng dẫn: TS Nguyễn Kiên Trung Chữ ký GVHD Bộ mơn: Viện: Tự động hóa cơng nghiệp Điện HÀ NỘI, 1/2020 ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Đề tài: Nghiên cứu điều khiển động từ trở thay đổi sử dụng phương pháp điều khiển vector Giáo viên hướng dẫn Ký ghi rõ họ tên ii Lời cảm ơn Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng tri ân sâu sắc kính trọng đến thầy Nguyễn Kiên Trung, thầy trực tiếp hướng dẫn, định hướng khoa học trình học tập nghiên cứu APES Lab Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô giáo Viện Điện – Đại học Bách khoa Hà Nội tận tình dạy trình học tập có ý kiến đóng góp quý báu để tơi hồn thiện Đồ án tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn anh chị, bạn APES Lab (Advanced power electronic systems laboratory) hỗ trợ trình thực Đồ án tốt nghiệp Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn tới anh Đinh Huy Hùng, người bạn đồng hành suốt trình làm việc, nhiệt tình trao đổi hỗ trợ, tơi nghiên cứu thực nghiệm Cảm ơn người bạn năm năm học ln động viên, khích lệ Cảm ơn người bên cạnh khơng cần tơi lời cảm ơn nào, là gia đình Một lần nữa, tơi xin gửi lời tri ân sâu sắc đến tất người Sinh viên thực Ký ghi rõ họ tên iii MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ THAY ĐỔI 10 1.1 Giới thiệu động từ trở thay đổi 10 Sơ lược động từ trở thay đổi 10 Các loại động từ trở (Reluctance Motors) 11 Ưu nhược điểm ứng dụng SRM 12 So sánh động từ trở với số động khác 13 1.2 Phân tích hoạt động động từ trở 15 Cơ sở vật lý động từ trở 15 Cấu tạo động từ trở thay đổi 15 Nguyên lý hoạt động 16 Mơ tả tốn học động SRM 20 Phương trình động học 21 Đặc tính động từ trở 22 CHƯƠNG MƠ HÌNH HĨA 24 2.1 Đặt vấn đề 24 2.2 Phương pháp phần tử hữu hạn 24 2.3 Phần mềm Ansys maxwell 24 2.4 Phân tích đặc tính động phần mềm Ansys Maxwell 25 2.5 Mơ hình hóa động Matlab/Simulink 30 CHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN VECTOR 32 3.1 Bộ biến đổi động SRM 32 3.2 Phương pháp điều khiển 35 3.3 Phương pháp điều khiển vector cho động từ trở 36 Đặc tính điện cảm 36 Đặc tính dịng điện 37 Phân tích vector điều khiển SRM 39 Chuyển khung tọa độ uvw sang khung tọa độ dq 41 Điều khiển MTPA cho SRM 44 Mạch vòng điều khiển dòng điện động SRM 46 CHƯƠNG MÔ PHỎNG 54 4.1 Sơ đồ điều khiển 54 4.2 Kết mô 58 iv CHƯƠNG THIẾT KẾ PHẦN CỨNG THỰC NGHIỆM 64 5.1 Cấu trúc phần cứng 64 5.2 Thiết kế phần phần cứng 64 Thiết kế mạch lực 64 Thiết kế mạch driver cho Mosfet 66 Kit vi điều khiển STM32F4 Discovery 66 Mạch đo dòng điện 67 Cảm biến vị trí Hall 68 KẾT LUẬN 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Động từ trở thay đổi 10 Hình 1.2: Phân loại động 11 Hình 1.3 Mặt cắt cấu tạo động từ trở đồng 12 Hình 1.4: Rotor Stator SRM 15 Hình 1.5: Rotor 16 Hình 1.6: Một số loại SRM điển hình 16 Hình 1.7: Nguyên lý hoạt động cực stator cực rotor 17 Hình 1.8: Cấu trúc SRM loại 8/6 với: a) Vị trí đồng trục, b) Vị trị lệch trục, c) Vị trí đồng trục 17 Hình 1.9: Phân bố từ thơng a) Vị trí lệch trục b) Vị trí đồng trục 18 Hình 1.10: Trình tự đóng ngắt nguồn sA, sD, sC, sB, sA để tạo chuyển động quay theo chiều kim đồng hồ 19 Hình 1.11: Trình tự đóng ngắt nguồn sA, sB, sC, sD, sA để tạo chuyển động quay ngược theo chiều kim đồng hồ 19 Hình 1.12: Mạch tương đương pha động SRM 20 Hình 1.13: Đặc tính cơng suất SRM 22 Hình 2.1: Giao diện phần mềm ANSYS maxwell 25 Hình 2.2: Mơ hình động SRM 12/8 Ansys Maxwell 26 Hình 2.3: Mơ hình động SRM 12/8 giao diện Maxwell Ansys Maxwell 27 Hình 2.4: Mơ hình động từ trở thay đổi 3D 28 Hình 2.5: Mơ hình động từ trở thay đổi 2D 28 Hình 2.6:Quan hệ từ thơng theo vị trí dịng điện 28 Hình 2.7: Quan hệ chiều từ thơng theo vị trí dịng điện 28 Hình 2.8: Quan hệ điện cảm theo vị trí rotor dịng điện 29 Hình 2.9: Quan hệ momen theo dịng điện vị trí rotor 29 Hình 2.10: Mơ hình pha SRM 30 Hình 2.11: Mơ hình pha động SRM 30 Hình 2.12: Mơ hình SRM Simulink 31 Hình 3.1: Sơ đồ biến Asymmetric Bridge Converter pha 32 Hình 3.2: Bộ biến đổi cho pha b) Mạch điện pha Stator 32 Hình 3.3: Hai trạng thái ON/OFF chuyển mạch cứng 33 Hình 3.4: a) Điện cảm động SRM b) Trạng thái van T1/T2 c) Điện áp pha d) Dòng pha 33 Hình 3.5: a) Điện cảm động SRM b) Trạng thái van T c) Trạng thái van T2 c) Điện áp pha d) Dòng pha 34 Hình 3.6: Dạng tín hiệu phương pháp điều khiển 35 vi Hình 3.7: Bộ điều khiển dịng điện Hysteris band 36 Hình 3.8: Cấu trúc điều khiển phương pháp 36 Hình 3.9: Đặc tính điện cảm dịng điện phương pháp điều khiển điều khiển vector 37 Hình 3.10: Đồ thị điên cảm dịng điện phương pháp vector 39 Hình 3.11: Vector control of SRM 39 Hình 3.12: Đường sức từ vector từ thơng có thành phần DC 39 Hình 3.13: Dạng dịng điện kích thích đơn cực sau loại bỏ thành phần dòng điện DC 40 Hình 3.14: Đường sức từ vector từ thơng kích thích thành phần AC 40 Hình 3.15: Đường sức từ momen kích thích thành phần DC AC 41 Hình 3.16: Đồ thị minh họa nguyên lý tạo momen SRM Từ xuống dưới: Dòng điện AC loại bỏ thành thành phần DC, sức phản điện động thành phần dòng DC, Năng lượng điện tiêu thị pha u, Tổng lượng tiêu thụ 41 Hình 3.17: Mơ hình khung tham chiếu cố định SRM 42 Hình 3.18: Mơ hình khung tham chiếu quay dq SRM 43 Hình 3.19: Cấu trúc điều khiển vector cho SRM 44 Hình 3.20: Đồ thị hàm số 45 Hình 3.21: Cấu trúc điều khiển SRM 46 Hình 3.22: Nguyên lí điều khiển Hysteresis Current Controller HCC 46 Hình 3.23: Cấu trúc mạch vòng điều khiển dòng điện theo phương pháp HCC 47 Hình 3.24: Cấu trúc điều khiển dòng cải tiến 49 Hình 3.25: Cấu trúc điều khiển truyền thẳng 50 Hình 3.26: Mơ hình tuyến tính động SRM 51 Hình 3.27: Mơ hình tuyến tính rút gọn động SRM 51 Hình 3.28: Sơ đồ mạch vịng dịng điện 52 Hình 4.1: Cấu điều trúc điều khiển 54 Hình 4.2: Cấu trúc điều khiển động SRM12/8 sử dụng điều khiển HCC 55 Hình 4.3: Bộ điều khiển dịng hysteresis current control 56 Hình 4.4: Cấu trúc điều khiển động SRM12/8 sử dụng điều khiển dòng Improved Current Controller 57 Hình 4.5: Đáp ứng dịng điện, đáp ứng momen, đáp ứng tốc độ phương pháp điều khiển 58 vii Hình 4.6: Độ đập mạch momen theo phương pháp điều khiển 59 Hình 4.7: Đáp ứng dòng điện, đáp ứng momen, đáp ứng tốc độ phương pháp điều khiển sử dụng điều khiển HCC 60 Hình 4.8: Đập mạch momen phương pháp điều khiển vector với điều khiển HCC 61 Hình 4.9: Đáp ứng dòng điện, đáp ứng momen, đáp ứng tốc độ phương pháp điều khiển sử dụng điều khiển Improved Current Controller 62 Hình 4.10: Đập mạch momen phương pháp điều khiển vector với điều khiển Improved Current Controller theo nguyên lý PWM 63 Hình 5.1 Cấu trúc phần cứng thực nghiệm 64 Hình 5.2 Mạch lực cầu khơng đối xứng pha động SRM 64 Hình 5.3 Mạch cầu không đối xứng cho pha u 65 Hình 5.4 Mạch Driver cấu trúc Push-Pull kết hợp biến áp xung 66 Hình 5.5 Kit vi điều khiển STM32F4 Discovery 66 Hình 5.6 Cấu hình sử dụng cảm biến ACS758LCB 67 Hình 5.7 Thiết kế mạch đo dịng 67 Hình 5.8 Hình ảnh cảm biến ACS758LCB thực tế 67 Hình 5.9 Hiệu ứng Hall 68 Hình 5.10 Nam châm vĩnh cửu gắn với trục rotor động 68 Hình 5.11 Ba cảm biến hall đặt cạnh vịng trịn nam châm 69 Hình 5.12 Dạng sóng tín hiệu cảm biến Hall 69 Hình 5.13 Mạch phân áp tín hiệu cảm biến Hall 70 Hình 5.14 Mạch PCB điều khiển SRM 70 viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: So sánh SRM với động Không đồng 13 Bảng 1.2: So sánh SRM với động chiều 14 Bảng 2.1: Thông số động SRM 12/8 25 ix

Ngày đăng: 26/02/2024, 06:37

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan