I. Giới thiệu về động cơ từ trở
Động cơ từ trở (SRM) là một loại động cơ điện có cấu trúc đơn giản, không sử dụng nam châm vĩnh cửu hoặc dây quấn trên rotor. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất so với các loại động cơ khác. Tuy nhiên, động cơ từ trở có nhược điểm như mô men đập mạch cao và tiếng ồn lớn, gây khó khăn trong việc mô hình hóa và điều khiển. Nghiên cứu kỹ thuật gần đây tập trung vào việc cải thiện hiệu suất động cơ và mở rộng ứng dụng của SRM trong các hệ thống truyền động công nghiệp và xe điện.
1.1 Cấu trúc động cơ
Cấu trúc động cơ từ trở bao gồm stator và rotor, cả hai đều có dạng cực lồi. Stator được gắn cố định với vỏ và có các cuộn dây quấn trên các cực đối diện. Rotor, phần chuyển động, không có cuộn dây và được làm từ lõi thép ghép từ các lá thép mỏng. Cấu trúc này giúp động cơ từ trở có chi phí sản xuất thấp nhưng cũng dẫn đến các vấn đề về mô men và tiếng ồn.
1.2 Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của động cơ từ trở dựa trên sự thay đổi từ trở trong mạch từ khi rotor quay. Khi các cuộn dây trên stator được cấp điện, từ trường tạo ra sẽ hút các cực rotor, tạo ra mô men quay. Quá trình này lặp lại liên tục, giúp rotor quay. Tuy nhiên, do đặc tính phi tuyến, việc điều khiển chính xác động cơ từ trở đòi hỏi các giải pháp kỹ thuật phức tạp.
II. Phương trình đặc tính từ thông
Phương trình đặc tính từ thông là yếu tố quan trọng trong việc mô hình hóa và điều khiển động cơ từ trở. Luận án đề xuất phương trình từ thông có xét đến ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các pha và bão hòa mạch từ. Điều này giúp cải thiện độ chính xác của mô hình và hiệu suất động cơ.
2.1 Ảnh hưởng của hỗ cảm
Hỗ cảm giữa các pha là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến đặc tính từ thông của động cơ từ trở. Việc xét đến hỗ cảm giúp mô hình hóa chính xác hơn các tương tác điện từ trong động cơ, từ đó cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm thiểu sai số trong điều khiển.
2.2 Bão hòa mạch từ
Bão hòa mạch từ là hiện tượng xảy ra khi từ thông trong lõi thép đạt đến giá trị tối đa, làm giảm hiệu quả của động cơ. Luận án đề xuất phương pháp xác định từ thông có xét đến bão hòa, giúp tối ưu hiệu suất và nâng cao độ ổn định của hệ thống điều khiển.
III. Giải pháp cải thiện hiệu suất
Luận án đề xuất các giải pháp kỹ thuật để cải thiện hiệu suất động cơ từ trở, bao gồm việc sử dụng mạng nơ ron nhân tạo để nhận dạng mô hình và bộ điều khiển Backstepping để ổn định tốc độ. Các giải pháp này giúp giảm thiểu thiết bị đo và nâng cao độ chính xác trong điều khiển.
3.1 Mạng nơ ron nhân tạo
Mạng nơ ron nhân tạo được sử dụng để nhận dạng mô hình thuận và nghịch của động cơ từ trở. Phương pháp này giúp xác định chính xác từ thông và dòng điện mà không cần sử dụng các thiết bị đo vật lý, từ đó giảm chi phí hệ thống và cải thiện hiệu suất năng lượng.
3.2 Bộ điều khiển Backstepping
Bộ điều khiển Backstepping được đề xuất để ổn định tốc độ của động cơ từ trở. Phương pháp này kết hợp với bộ quan sát trạng thái phi tuyến và bộ ước lượng từ thông, giúp nâng cao độ chính xác và giảm thiểu sai số trong điều khiển, đặc biệt trong các tình huống tải thay đổi.
IV. Ứng dụng thực tiễn
Các giải pháp kỹ thuật được đề xuất trong luận án có khả năng ứng dụng cao trong thực tế, đặc biệt trong các hệ thống truyền động công nghiệp và xe điện. Việc sử dụng mạng nơ ron nhân tạo và bộ điều khiển Backstepping giúp cải thiện hiệu suất động cơ và giảm chi phí hệ thống.
4.1 Hệ thống truyền động công nghiệp
Trong các hệ thống truyền động công nghiệp, động cơ từ trở được sử dụng rộng rãi nhờ chi phí thấp và độ bền cao. Các giải pháp đề xuất giúp cải thiện hiệu suất năng lượng và giảm thiểu tiếng ồn, từ đó nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.
4.2 Xe điện
Động cơ từ trở được ứng dụng nhiều trong xe điện nhờ khả năng hoạt động ổn định và chi phí thấp. Các giải pháp kỹ thuật đề xuất giúp cải thiện hiệu suất động cơ và giảm thiểu tiếng ồn, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng và mở rộng phạm vi ứng dụng của xe điện.
