(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men

(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men(Luận án tiến sĩ) Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở để cải thiện đặc tính mô men

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH HẢI LĨNH

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ

ĐỂ CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH MÔMEN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ĐINH HẢI LĨNH

NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ

ĐỂ CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH MÔMEN

Ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 9520201

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS Nguyễn Thế Công

2 PGS.TS Phạm Văn Bình

Hà Nội - 2022

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Tất cả các ấn phẩm được công bố chung với các cán bộ hướng dẫn khoa học và các đồng nghiệp đã được sự đồng

ý của tác giả trước khi đưa vào luận án Các kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác

Hà Nội, ngày … tháng … năm 20…

Người cam đoan

Đinh Hải Lĩnh

TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả đã gặp nhiều khó khăn Một mặt do trình

độ còn hạn chế, một mặt do khó khăn về thiết bị thực nghiệm, song tác giả đã rất cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo hướng dẫn, sự giúp đỡ của các thầy

cô trong Bộ môn Thiết bị điện- điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, sự giúp đỡ tận tình của bạn bè, đồng nghiệp, luận án đến nay đã hoàn thành

Để hoàn thành luận án này, tác giả vô cùng biết ơn và bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến hai thầy giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp là TS Nguyễn Thế Công và PGS Phạm Văn Bình luôn dành nhiều công sức, thời gian quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS Bùi Minh Định đã hỗ trợ và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án

Tác giả chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử, Viện Điện và phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về thời gian và cơ sở vật chất trong quá trình nghiên cứu sinh thực hiện luận án

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các Anh/Chị/Em đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, giúp đỡ về mọi mặt góp phần vào sự thành công của luận án

Sau cùng, tác giả dành lời cảm ơn tới gia đình: bố mẹ, chồng và các con đã luôn động viên, hỗ trợ về vật chất và tinh thần trong những lúc khó khăn, mệt mỏi nhất để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp phần không nhỏ vào thành công của luận án

Tác giả luận án

Đinh Hải Lĩnh

iii

MỤC LỤC

MỤC LỤC III

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VI

DANH MỤC HÌNH VẼ I

DANH MỤC BẢNG BIỂU VIII

MỞ ĐẦU 1

Lý do chọn đề tài 1

Mục đích của luận án 1

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 2

Đối tượng nghiên cứu 2

Phạm vi nghiên cứu 2

Phương pháp nghiên cứu 2

Các kết quả (mới) dự kiến sẽ đạt được của đề tài 2

Kết cấu của luận án 3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 4

1.1 Lịch sử phát triển SRM 4

1.2 Ưu điểm 4

1.3 Nhược điểm 5

1.4 Ứng dụng của SRM 5

1.5 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về SRM 6

1.5.1 Các nghiên cứu trong nước 6

1.5.2 Các nghiên cứu trên thế giới 7

1.6 Một số nhận xét và đề xuất nghiên cứu SRM 15

1.7 Kết luận chương 1 15

iv

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH TOÁN SRM 17

2.1 Kết cấu SRM 17

2.2 Đặc điểm bộ điều khiển SRM 18

2.3 Nguyên lý hoạt động của SRM 21

2.4 Lựa chọn số cực stator và rotor 24

2.5 Giới hạn của góc cực stator và rotor 25

2.6 Mômen của SRM 29

2.6.1 Nguyên lý phát sinh mômen 29

2.6.2 Đặc tính mômen – tốc độ của SRM 36

2.7 Mômen trung bình và nhấp nhô mômen 37

2.8 Mô hình toán SRM 39

2.9 Xây dựng mô hình SRM trên Matlab Simulink 42

2.10 Kết luận chương 2 47

CHƯƠNG 3 MÔMEN TRUNG BÌNH VÀ NHẤP NHÔ MÔMEN TRONG SRM 48

3.1 Phân tích và tính toán điện cảm 48

3.1.1 Quan hệ giữa điện cảm và vị trí rotor 48

3.1.2 Tính toán điện cảm cực đại Lmax và điện cảm cực tiểu Lmin 49

3.1.3 Phân tích đặc tính của điện cảm theo vị trí góc quay rotor 71

3.2 Ảnh hưởng góc cực rotor đến nhấp nhô mômen 73

3.3 Ảnh hưởng của tỉ lệ góc cực/ bước cực stator và tỉ lệ góc cực rotor/ bước cực rotor đến mômen trung bình 75

3.3.1 Xét với SRM 6/4 76

3.3.2 Xét với SRM 12/8 79

3.4 Ảnh hưởng của góc mở dòng điện đến đặc tính mômen 82

v

3.5 Kết luận chương 3 88

CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 90

4.1 Mô phỏng, phân tích sóng hài mômen theo sự thay đổi góc cực rotor với SRM 6/4 90

4.2 Mô phỏng, phân tích sóng hài mômen theo sự thay đổi góc cực rotor với SRM 12/8 95

4.3 Thực nghiệm 104

4.3.1 Thực nghiệm 1: Đo tốc độ và mômen theo thời gian SRM 12/8 108

4.3.2 Thực nghiệm 2: Đo mômen - tốc độ SRM 12/8 109

4.4 Kết luận chương 4 110

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 119

PHỤ LỤC 1 THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC SRM 6/4 VÀ SRM 12/8 120

PHỤ LỤC 2 CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MATLAB VÀ TÍNH TOÁN LMAX VÀ LMIN 121

(Switched Reluctance Motor)

GA Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm)

bs mm Bề dầy gông stator

br mm Bề dầy gông rotor

F1,2,3,4,5,6,7 A.vòng Sức từ động ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7

ia,b,c A Dòng điện pha A, B, C

La,b,c H Điện cảm pha A, B, C

Mab, ac H Hỗ cảm do cuộn dây pha B, pha C tác động lên cuộn dây pha A

Mba, bc H Hỗ cảm do cuộn dây pha A, pha C tác động lên cuộn dây pha B

Mca, cb H Hỗ cảm do cuộn dây pha A, pha B tác động lên cuộn dây pha C

n

Vòng/p

Tripple Nm Độ nhấp nhô mômen

ua,b,c V Điện áp pha A, B, C

x

θon (0) Góc mở dòng điện vào pha dây quấn stator

θoff (0) Góc đóng dòng điện

ψk Wb Từ thông móc vòng của pha dây quấn thứ k

Ψa,b,c Wb Từ thông móc vòng của pha A, B, C

i

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ các phương án nghiên cứu giảm độ nhấp nhô mômen và độ ồn SRM 8

Hình 1.2 Kết cấu chèn phiến ngăn stator (a) và stator kép (b) 9

Hình 1.3 Kết cấu rãnh nghiêng SRM 12/8 9

Hình 1.4 Kết cấu đục lỗ trên gông rotor SRM 8/6 10

Hình 1.5 Kết cấu khía rãnh trên cực rotor SRM 8/6 10

Hình 1.6 Hình dạng tạo cánh trên mỏm cực rotor 11

Hình 1.7 Kết cấu dạng lõm bề mặt cực stato và cực rotor chữ T 11

Hình 1.8 Kết cấu hình thang cực stator, rotor SRM 8/6 12

Hình 1.9 Hình ảnh SRM 12/8 và SRM 12/10 có gắn nam châm vĩnh cửu 14

Hình 1.10 Kết cấu stator có gắn nam châm trên gông stator 14

Hình 1.11 Kết cấu stator có gắn nam châm trên cực Stator 14

Hình 2.1 Động cơ từ trở loại 6/4 (a) và 8/6 (b) 17

Hình 2.2 Nguyên lý cấp dòng điện cho các pha dây quấn của SRM 18

Hình 2.3 Sơ đồ bộ biến đổi cho động cơ SRM 3 pha [1] 18

Hình 2.4 Hai trạng thái và mạch vòng khép kín dòng điện: Van T1, T2 dẫn (a), Van T1, T2 không dẫn (b) 19

Hình 2.5 Nguyên lý điều khiển độ rộng xung điện áp [1] 20

Hình 2.6 Nguyên lý điều khiển dòng điện trên một pha động cơ SRM 21

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của động cơ từ trở 6/4 22

Hình 2.8 Đặc tính điện cảm tại các vị trí đặc biệt 23

Hình 2.9 Hình vẽ mô tả góc cực stator, rotor 25

Hình 2.10 Quá trình phát sinh mômen khi góc cực stator, rotor bằng nhau 26

Hình 2.11 Quá trình phát sinh mômen khi góc cực rotor lớn hơn góc cực stator 27

Hình 2.12 So sánh mômen trung bình trường hợp βr = βs (a) và βr > βs (b) 28

ii

Hình 2.13 Sự thay đổi của mômen tĩnh theo vị trí góc rotor khi góc cực rotor thay đổi

28

Hình 2.14 Sơ đồ tam giác chọn góc cực stator và rotor cho SRM 6/4 29

Hình 2.15 Mô hình biến đổi điện cơ với chuyển động quay [61]: 31

Hình 2.16 Biến đổi năng lượng ở hệ thống bão hoà: a) dòng điện không đổi; 32

Hình 2.17 Đặc tính -i của cuộn dây quấn trên lõi thép: a) Mạch từ phi tuyến;b) Mạch từ tuyến tính [61] 33

Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý phát sinh mômen của SRM 36

Hình 2.19 Đặc tính mômen - tốc độ của SRM [63] 37

Hình 2.20 Hình ảnh mô tả dạng sóng nhấp nhô mômen SRM [11] 38

Hình 2.21 Mạch điện tương đương một pha SRM 40

Hình 2.22 Mô hình tính toán điện cảm và hỗ cảm trên một pha của SRM 6/4 43

Hình 2.23 Mô hình ba pha SRM 44

Hình 2.24 Đặc tính từ thông theo vị trí rotor và dòng điện 44

Hình 2.25 Hỗ cảm pha C tác động lên pha A 45

Hình 2.26 Hỗ cảm pha B tác động lên pha A 45

Hình 2.27 Đặc tính mômen tĩnh theo vị trí rotor và dòng điện 46

Hình 2.28 Đặc tính mômen 3D theo vị trí rotor và dòng điện 46

Hình 3.1 Đồ thị biểu diễn điện cảm theo vị trí góc rotor 48

Hình 3.2 Đường cong từ hóa B- H của thép M19-24G 50

Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán tính chọn mật độ từ cảm cực stator 51

Hình 3.4 Đường đi của từ thông tại vị trí lệch trục hoàn toàn 52

Hình 3.5 Đường đi của đường từ thông 1 tại vị trí lệch trục hoàn toàn 52

Hình 3.6 Mô hình mạch từ đầy đủ (a) và mô hình mạch từ rút gọn tương ứng (b) 53

Hình 3.7 Đường đi từ thông số 2 (a) và mạch từ tương ứng (b) 57

iii

Hình 3.8 Đường đi từ thông tại số 3 59

Hình 3.9 Đường đi từ thông tại số 4 61

Hình 3.10 Biểu diễn đường dẫn số từ thông 5 63

Hình 3.11 Biểu diễn đường từ thông 6 (a) và mạch từ tương ứng (b) 65

Hình 3.12 Mạch từ ứng với đường dẫn từ thông số 7 67

Hình 3.13 Các đường dẫn từ thông tại vị trí đồng trục 68

Hình 3.14 Mô hình mạch từ tại vị trí đồng trục 69

Hình 3.15 Đặc tính tuyến tính của điện cảm theo vị trí góc rotor 71

Hình 3.16 Sự thay đổi của mômen trung bình khi thay tỉ lệ góc cực stator, rotor/ bước cực stator, rotor với SRM 6/4 77

Hình 3.17 Quan hệ mômen trung bình cực đại và tỉ lệ góc cực stator/ bước cực stator 78

Hình 3.18 Quan hệ mômen trung bình cực đại và tỉ lệ góc cực rotor/ bước cực rotor SRM 6/4 79

Hình 3.19 Sự thay đổi của mômen trung bình khi thay tỉ lệ góc cực stator, rotor/ bước cực stator, rotor với SRM 12/8 80

Hình 3.20 Quan hệ mômen trung bình cực đại với tỉ lệ góc cực stator/ bước cực stator 81

Hình 3.21 Quan hệ mômen trung bình cực đại với tỉ lệ góc cực rotor/ bước cực rotor 81

Hình 3.22 Dòng điện và điện cảm trên một pha theo vị trí góc rotor 83

Hình 3.23 Đặc tính mômen theo tốc độ với các góc đóng, góc mở dòng điện khác nhau[11] 83

Hình 3.24 Đặc tính dòng điện, từ thông, điện cảm và mômen theo vị trí góc rotor khi βs = 300; βr =310 và θon = 310 85

Hình 3.25 Đặc tính mômen khi βs = 300, βr = 310, góc mở θon biến thiên 86

18

Số pha dây quấn của động cơ từ trở có thể chia là 2 pha, 3 pha, 4 pha và thường được

chọn theo số cực stator và số cực rotor Kí hiệu m là số pha dây quấn stator, m thường

được tính theo (2.1)[1] [47]

s

N m

=

Trong đó: Ns là số cực stator; Nr là số cực rotor

2.2 Đặc điểm bộ điều khiển SRM

Thiết bị nguồn của SRM gồm bộ biến đổi xoay chiều thành một chiều và bộ điều khiển Bộ biến đổi nguồn thường được tích hợp cùng với bộ điều khiển và gọi chung là

bộ điều khiển của SRM Bộ điều khiển có nhiệm vụ điều chế và cấp xung dòng điện một chiều lần lượt cho từng pha dây quấn thông qua các van điện tử công suất SRM có khả năng vận hành ở cả 4 góc ¼ ( chế độ vận hành 4Q)[3]

Hình 2.2 Nguyên lý cấp dòng điện cho các pha dây quấn của SRM

Các thành phần cơ bản của bộ điều khiển SRM gồm: bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, cảm biến dòng điện, vị trí rotor Mỗi pha dây quấn thường có 2 van bán dẫn có điều khiển và 2 điốt; loại 3 pha sẽ cần 3 cặp van bán dẫn có điều khiển và 3 cặp điốt, với động cơ 4 pha (8/6; 12/10) thì phải cần 4 cặp van bán dẫn có điều khiển và 4 cặp điốt Động cơ SRM 6/4 có 2 cuộn dây trên mỗi pha, với động cơ 12/8 sẽ có 4 cuộn dây trên mỗi pha [11]

Hình 2.3 Sơ đồ bộ biến đổi cho động cơ SRM 3 pha [1]

19

Sơ đồ bộ điều khiển 3 pha đơn giản và phổ biến là sơ đồ bộ biến đổi cầu Hình 2.3 Pha a gồm hai van bán dẫn có điều khiển T1, T2 và hai điốt D1, D2 Các pha khác có sơ

đồ hoàn toàn tương tự Hai van T1, T2 được điều khiển đóng cắt giống nhau để cấp xung

áp vào cuộn dây pha Khi 2 van T1, T2 dẫn, dòng điện đi qua T1, cuộn dây pha a, T2 và

cuộn dây được cấp xung áp dương và dòng điện trong cuộn dây pha a tăng Khi 2 van

T1, T2 không dẫn, năng lượng trong cuộn dây pha a sẽ giữ dòng điện đi qua cuộn dây vẫn theo chiều như cũ và thứ tự là đi qua điốt D1, cuộn dây pha a, D2 về nguồn và cuộn dây được cấp xung áp âm, năng lượng lưu trữ trong trong cuộn dây được trả về nguồn, dòng điện trong cuộn dây pha a giảm Hai trạng thái và mạch vòng khép kín dòng điện: Van T1, T2 dẫn (a); van T1, T2 không dẫn (b) như Hình 2.4

Hình 2.4.Hai trạng thái và mạch vòng khép kín dòng điện: Van T1, T2 dẫn (a), Van T1, T2

không dẫn (b)

Tương tự như các động cơ khác, cấu trúc điều khiển của SRM cũng bao gồm hai tầng điều khiển, vòng điều khiển dòng điện nằm bên trong, vòng điều khiển tốc độ nằm bên ngoài Đối với vòng điều khiển dòng thì yêu cầu cần đáp ứng nhanh với giá trị đặt đảm bảo việc đưa dòng vào cuộn dây pha đúng thời điểm phù hợp với vị trí của rotor Vòng điều khiển tốc độ bên ngoài, do đối tượng điều khiển mang đặc tính cơ nên thời gian đắp ứng chậm hơn so với bộ điều khiển dòng điện nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp tới đầu

ra bộ điều khiển đó là tốc độ động cơ Do đặc tính mômen của động cơ phụ thuộc vào

vị trí của rotor, động cơ hoạt động bằng cách kích thích luân phiên từng pha nên vị trí phản hồi rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của bộ điều khiển[48] Nguyên tắc điều khiển của SRM được xây dựng trên nguyên lý sinh ra mômen điện

từ của động cơ nhờ sai khác từ trở theo vị trí tương đối giữa rotor và stator Khi cuôn dây stator có điện, mômen quay được tạo ra có xu hướng kéo rotor tới vị trí có từ trở nhỏ nhất (mà không cần đến kích từ), muốn rotor tiếp tục quay, cần chuyển việc cấp điện tới cuộn dây tiếp theo và cứ tiếp tục ta sẽ có từ trường quay được tạo ra Giá trị mômen trung bình thu được bằng tổng mômen các pha của động cơ Đặc tính mômen liên tục là do sự xếp chồng mômen từng pha làm cho việc điều khiển trở nên phức tạp hơn

20

Điều khiển SRM theo hướng giảm thiểu nhấp nhô mômen và tăng hiệu suất được thực hiện trên các phương pháp cơ bản như: điều chỉnh biên độ dòng điện của cuộn dây; phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điện áp nguồn cấp; phương pháp điều khiển trực tiếp mômen [1][49][50] Phương pháp giữ nguyên góc độ rộng xung điện áp, thay đổi biên độ dòng điện pha dây quấn thì có thể giảm được tối đa sự nhấp nhô mômen, tuy nhiên phương pháp này lại đòi hỏi bộ điều khiển phức tạp, giá thành cao hơn so với phương pháp điều khiển xung điện áp

Phương pháp điều khiển xung điện áp là phương pháp đơn giản nhất cho SRM Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điện áp nguồn cấp trên nguyên lý băm nhỏ điện

áp, việc điều chỉnh tốc độ động cơ được thực hiện bằng việc điều chỉnh tần số xung điện

áp nguồn cấp và giữ công suất không đổi hoặc mômen không đổi[50] Sơ đồ nguyên lý điều khiển độ rộng xung điện áp được thể hiện trên Hình 2.5

Hình 2.5 Nguyên lý điều khiển độ rộng xung điện áp [1]

Khi T1, T2 khóa dòng điện chảy từ D1 đến cuộn dây pha A đến D2 Điện áp dây quấn sẽ bằng 0, dòng điện giảm từ (ip + Δi) đến (ip – Δi) và hai van sẽ đóng đồng thời khi giá trị đặt về 0 Nguyên lý điều khiển này sẽ giảm được tổn hao trên van, giảm tần số chuyển mạch, tuy nhiên đáp ứng dòng điện lại lâu hơn phương pháp điều chỉnh trực tiếp biên độ dòng điện pha

21

Phương pháp điều khiển dòng điện là điều chỉnh biên độ dòng điện pha dây quấn, giữ cho điện áp không đổi trong suốt quá trình điều khiển [50] [51][52] Sơ

đồ nguyên lý điều khiển dòng trên một pha động cơ SRM như Hình 2.6

Hình 2.6 Nguyên lý điều khiển dòng điện trên một pha động cơ SRM

Do dòng điện không thể tăng, giảm một cách tức thời nên cần có một khoảng thời gian dẫn trước θa và tắt trước θco Giá trị dòng điện được duy trì ở Ip thông qua việc đóng

mở các van bán dẫn, giá trị Δi được xem xét để cân đối tần số mở van và tổn thất công suất

Ngoài ra điều khiển SRM còn được thực hiện bằng phương pháp điều khiển trực tiếp mômen Nghĩa là điều khiển giữ cho mômen không đổi và phương pháp này được thực hiện trên nguyên tắc ước lượng từ thông [50][52] Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen yêu cầu bộ điều khiển phức tạp và chính xác cao Do vậy thực tế phương pháp này ít được sử dụng[50]

2.3 Nguyên lý hoạt động của SRM

SRM có cấu tạo và nguyên lý rất khác so với động cơ xoay chiều và động cơ một chiều truyền thống Nguyên lý hoạt động của động cơ không dựa vào sự tương tác từ trường, dòng điện rotor để tạo ra mômen quay mà dựa trên nguyên tắc “từ trở tối thiểu”, nghĩa là từ thông luôn đóng dọc trục theo đường đi với từ trở nhỏ nhất, do đó tạo là lực kéo, kéo rotor quay, hình thành mômen điện từ cho tính chất từ trở

22

Dòng điện được đóng, cắt lần lượt cho từng pha dây quấn Khi dòng điện tại pha thứ nhất được ngắt đi thì đến lượt pha thứ hai mới được cấp dòng, dòng điện tại pha hai ngắt thì pha ba bắt đầu được cấp dòng, cứ như vậy cho đến khi dòng điện được cấp hết cho các pha dây quấn của stator và chu kỳ đóng cắt lại được lặp lại

Khi có dòng điện kích thích vào cuộn dây trên cực stator thì rotor sẽ chuyển động dịch chuyển sao cho cực rotor tương ứng gần nhất với cực stator bị kích thích để thẳng hàng với cực stator đó, là vị trí mà từ trở của mạch từ có giá trị nhỏ nhất

Nhờ cấu tạo khác nhau về số cực giữa rotor và stator, khi có hai cực của stator được kích thích thẳng hàng với hai cực của rotor thì các cực khác của rotor lại nằm lệch so với các cực còn lại của stator Nếu ta chuyển dòng điện kích thích vào cực stator kế tiếp

sẽ kéo cực rotor tiếp theo vào thẳng hàng

Gọi p là số cực của một pha, từ trường stator sẽ quay sau mỗi xung một góc là:

r

r

m N

Tức là quay chậm hơn  r / s = p N / r lần so với từ trường quay stator Để có thể đạt

được tốc độ quay n, tần số điều khiển xung điện áp stator f s sẽ là: fs = n N r

Giả sử có SRM 6/4 như hình Hình 2.7 :

Pha c thẳng hàng Pha a thẳng hàng

Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của động cơ từ trở 6/4

Giả sử ban đầu các cực r1, r’1 của rotor và các cực c, c’ của stator nằm thẳng hàng Dòng điện kích thích bắt đầu cấp cho pha a, khi đó từ thông tạo ra giữa cực a, a’ của stator và r2, r’2 của rotor một lực đẩy làm cho cực r2, r’2 hướng đến cực a và a’ Khi các cực đã thẳng hàng, dòng điện ở pha a sẽ bị ngắt, rotor sẽ có vị trí mới như hình 2-4b Tiếp theo lại cấp dòng vào cuộn dây pha b, lực từ sinh ra làm kéo r1, r’1 hướng đến b và b’ theo chiều kim đồng hồ Tiếp đến, ta lại cho dòng điện cấp vào pha c sẽ làm cho r2, r’2 thẳng hàng với c và c’ Do vậy, việc cung cấp điện vào các cuộn dây ở 3 pha của stator, ta đã làm dịch chuyển rotor đi một góc 900