Chương 1 GIỚI THIEU TONG QUAN DONG CƠ NHIÊU PHA VA UNG DUNG.1 Giới thiệu tổng quan: Vấn dé động cơ nhiều pha thật ra đã được dé cập từ cách đây hơn 35 năm nhưng gần đây mới được nghiên cứu một cách mạnh mẽ nhờ các ứng dụng trong các lĩnh vực đòi hỏi công suất lớn và độ tin cậy cao.Các nghiên cứu tiêu biểu trong lĩnh vực này là giáo sư Dr.Toliyat-Texas A&M University (bắt đầu nghiên cứu từ năm 1993) và giáo sư Dr.Levi-Livepool John Moores University (bắt đầu nghiên cứu từ năm 2001).Hiện tại,tại các phòng thí nghiệm của các trường trên có day du các phần cứng phân tích và mô phỏng các loại động cơ nhiều pha. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bán dẫn và ưu thế của động cơ không đồng bộ (đơn giản,giá thành thấp, khả năng làm việc cao, không cần bảo trì.)các hệ truyền động động cơ không đồng bộ đã phát triển mạnh mẽ trong thời gian gần đây. Ngày nay, để cung cấp nguồn cho các hệ thống công suất lớn, người ta có hai cách tiếp cận, hoặc là dùng bộ nghịch lưu đa bậc cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ 3 pha, hoặc dùng bộ nghịch lưu nhiều pha cấp nguồn cho động cơ không đồng bộ nhiều pha.Việc sử dụng biến tần đa bậc đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng khá phổ biến, tuy nhiên chúng ta cần quan tâm tới phương pháp thứ hai bởi tính vượt trội của động cơ nhiều pha: e Dòng đặt lên linh kiện bán dẫn giảm tương ứng với số lượng pha.Ít giới hạn công suất trên các khoá.Dẫn đến giảm giá thành sản phẩm. e Điện áp đầu vào thấp nên ít giới hạn điện áp nguồn và giảm cách điện do điện áp trên mỗi pha thấp.
Giới thiệu động cơ nhiều pha và ứng dụng e Lợi thế về điều khién:khi so sánh với việc điều khiển hệ hai máy điện 3 pha, điều khiển hai động cơ 5 pha tiết kiệm một chân của biến tan, thay vì 6 chân ta chỉ dùng 5 chân.Trong khi việc điều khiển hệ hai máy điện 3 pha bị hạn chế là tốc độ và tải của máy điện lý tưởng như nhau.Nhưng trong máy điện nhiều pha ta có thể điều khiển độc lập hoàn toàn ít nhất 2 máy điện với các thông số và tốc độ khác nhau, điều khiện tải khác nhau. e Độ nhấp nhô của moment được giảm bớt, sóng hài dòng trên rotor nhỏ hơn. e Công suất động cơ gia tăng khi tăng số lượng pha cho phép giảm lượng công suất trên pha,dẫn đến làm giảm lượng công suất trên một chân của biến tan (loại chất bán dẫn).Máy điện nhiều pha vì thế được xem xét dùng trong các ứng dụng công suất cao. Với cùng kích thước thì ti lệ công suất trên giá trị hiệu dụng cao hơn so với động cơ 3 pha và sóng hài của dòng điện DC cung cấp cho VSI được giảm xuống, cải thiện tiếng ồn và giảm tổn thất đồng trên stator, dẫn đến cải tiến được hiệu suất.
e Lợi thế khác của điều khiển động cơ nhiều pha hơn động cơ 3 pha là cải thiện độ tin cậy.Nếu 1 pha bị hỏng thì động cơ vẫn hoạt động tốt,trái ngược với động cơ 3 pha.Sự chịu đựng hư hong là một trong những lý do chính ứng dụng điều khiển động cơ không đồng bộ không đồng bộ 6 pha và 9 pha trong đầu máy kéo. Với những ưu điểm như trên, động cơ không đông bộ nhiều pha đã được nghiên cứu và ứng dụng ở một số nơi trên thế giới và đã được ứng dụng trong các linh vực cần công suất cao như:động cơ đẩy tàu, đầu máy kéo xe lửa, động cơ điện và các ứng dụng khác:công nghiệp dét ,sản xuất giấy ,robot. Như vậy ta thấy rằng việc nghiên cứu, phân tích về cấu tạo, nghiên lý làm việc của bộ truyền động động cơ nhiều pha là hết sức cần thiết để nhanh chóng áp dụng các kỹ thuật tiên tiến này trong công cuộc công nghiệp hoá,hiện đại hoá đất nước. Giới thiệu động cơ nhiều pha và ứng dụng 1.2 Một số kết quả nghiên cứu gần đây trong lĩnh vực này: Trong bai bao “Modeling and Control of Five-Phase Induction Motors under Asymmetrical Fault Conditions “ của tac giả H.
Petersen ‘ [4]:Trinh bày về hệ truyền động động cơ 5 pha mới cho đặc tinh moment và độ tin cậy tốt hơn so với hệ truyền động động cơ không đồng bộ truyền thống.Với cấu trúc day quấn 5 pha tập trung và sử dụng dòng hài bậc 3 sẽ tạo ra từ thông phân bố gần tam giác và làm tăng moment.Ding giải thuật điều khiển dòng để phân tích động cơ 5 pha trong trường hợp sự cố mất đối xứng (mất một hay hai pha) cho thấy động cơ vẫn có thể làm việc tốt. Trong bài bao “Five-phase induction motor drives with DSP-based control system “ của tác giả H. Petersen [5]:Giới thiệu 2 cách điều khiển có thể áp dụng cho động cơ không đồng bộ 5 pha:điều khiển vector và DTC có bổ sung phần kỹ thuật số.Phương pháp điều khiển vector dựa trên dòng hài cơ bản và dòng hài bậc 3 tạo ra từ thông gần tam giác trong khe hở không khí ,từ đó làm tăng mật độ công suất và ting moment ngõ ra.Phương pháp DTC thì có nhiều thuận tiện hơn khi áp dụng điều khiển động cơ 5 pha.Động cơ 5 pha cung cấp 32(2°) vector điện áp không gian so với 8(2°) vector của động cơ 3 pha,do đó cho phép thực hiện nhiều dải điều khiển từ thông và moment chi tiết hơn.Dùng phương pháp điều khiển DTC cho động cơ không đồng bộ 5 pha giảm được độ nhấp nhô của moment và từ thông và có được nhiều điều khiển momenttừ thông chính xác.Áp dụng bộ điều khiển số DSP TM320C32 để tăng tính chính xác cho 2 giải thuật điều khiển trên. Trong bài báo “A Five-Phase Series-Connected Two-Motor Drive with Current Control in the Rotating Reference Frame” của tác gia M.Iqbal [6]:Viéc điều khiển độc lập các động cơ trong hệ thống nhiều động cơ nhiều pha mắc nối tiếp mà chỉ được cung cấp từ một nguồn VSI với giả thiết các dòng inverter được điều khiển trong hệ trục tĩnh.
Bài báo đưa ra ví dụ về điều khiển Giới thiệu động cơ nhiều pha và ứng dụng dòng trong hệ trục quay cho các vector điều khiển riêng lẻ các động cơ nhiều pha được mắc nối tiếp. Qua đó cho thấy việc thực hiện điều khiển vector trong hệ trục toa độ tinh thích hợp hơn. Trong bài báo “A novel concept of a multiphase, multi-motor vector controlled drive system supplied from a single voltage source inverter, “ cua tac gia E. Toliyat [7]:V6i các hệ truyền động biến đối tốc độ cấp nguồn từ các bộ biến đối công suất có thể cấp điện cho các động cơ nhiều pha, và với các loại động cơ này cho thấy một VSI có thể điều khiển độc lập hai hay nhiều động cơ.
Để thực hiện được điều này, dây quấn stator của các động cơ phải được mắc nối tiếp theo sự chuyển pha thích hợp. Ưu điểm của phương pháp này là ta có thể tiết kiệm được số chân của inverter (phù hợp với động cơ n pha-n lẻ).Khái niệm được xác minh qua mô phỏng hệ truyền động 1 VSI cấp nguồn 3 động cơ 7 pha. Trong bai báo “A fivephase two-machine vector controlled induction motor drive supplied from a single inverter “ của tác gia E. Toliyat [8]:Thuc hiện mô phỏng hệ truyền động 1VSI cấp nguồn 2 động cơ 5 pha sử dụng phương pháp RFOC gián tiếp để khảo sát moment và từ thông, qua đó khằng định ưu thế chính của hệ truyền động động cơ nhiều pha là tiết kiệm được số chân inverter trong điều khiển.
Trong bai báo “Five-phase induction motor drives with DSP-based control syst Series-Connected Five-phase two-motor driver with decouple dynamic control em “ của tác giả Atif Iqbal en [9]:Ngày nay máy điện nhiều pha được sử dung trong nhiều lĩnh vực nhờ có nhiều ưu điểm:Động cơ đẩy trong ngành đường thủy (propulsion), Xe điện (electric vehicles), Công nghiệp dét.Vé nguyên lý, vector điều khiển của máy điện chỉ cần 2 thành phần dòng stator trên trục d-q để điều khiển độc lập moment và từ thông. Tuy nhiên trong máy điện nhiều pha có thêm các thành phần tự do gọi là thành phần không sinh từ th6ng/moment (Thanh phần Giới thiệu động cơ nhiều pha và ứng dụng này làm tăng tổn hao). Bài báo dé cập tới vấn dé dùng thành phần không sinh từ thông/ moment này dé điều khiển các động cơ khác trong hệ thống truyền động nhiều động cơ. Để điều khiển độc lập 2 hay nhiều động cơ đòi hỏi dây quấn của các động cơ này phải được mắc nối tiếp với sơ đồ chuyển pha thích hợp và được cấp nguồn từ một bộ VSI nhiều pha sử dụng sơ đồ điều khiển vector.
Khái niệm này có thể thực hiện cho một động cơ có số pha tuỳ ý, tuy nhiên bài báo đi phân tích cụ thể trong trường hợp 2 động cơ 5 pha mắc nối tiếp. Việc điều khiển động độc lập 2 máy điện 5 pha nối tiếp này được trình bày trên kết quả mô phỏng và thực nghiệm. Trong bài báo “A simple indirect field oriented control scheme for multiphase induction machine “ của tác giả G. Lim [10]:Động cơ nhiều pha có nhiều lợi thế hơn động cơ 3 pha (Giảm biên độ va tăng chu kì độ rung của moment, giảm dòng hai rotor, giảm dòng điện trên pha mà không cần giảm áp pha, có thành phần DC trong thành phần hài thấp, độ tin cậy cao hơn, Nhờ việc tăng số pha làm tăng công suất và moment trên cùng giá trị hiệu dụng so với động cơ 3 pha có cùng dung tích.
Bai báo trình bày phương pháp FOC gián tiếp điều khiển động cơ KĐB 6 pha (trên cơ sở 2 động cơ 3 pha). 2 bộ điều khiển dòng PWM của bộ VSI 3 pha cấp nguồn độc lập đến 2 bộ dây quấn 3 pha. Sơ đồ dựa trên 1 hệ trục d-q của máy điện 6 pha và có thể mở rộng cho động cơ có số pha bất kì. Sự mất cân bằng dòng giữa 2 dây quấn được quan sát và loại bỏ qua sơ đồ thực tế đơn giản.
Trong bài báo “Multiphase Space Vector Pulse Width Modulation “ của tác giả John W.Strangas, and John M.Miller [11]:Trinh bày nguyên lý điều rộng xung vector không gian của bộ inveter n chân-n pha, và thực hiện mô phỏng cụ thể bộ inverter 7 pha dùng phương pháp SVPWM Trong bài bao “Analysis of Multiphase Space Vector Pulse-Width Modulation Based on Multiple d—q Spaces “ của tác gia Hyung-Min Ryu,Jang-Hwan Kim, 66 Giới thiệu động cơ nhiều pha và ứng dụng Seung-Ki Sul [12]:Động cơ nhiều pha thường được thiết kế theo dang dây quấn tập trung và có mật độ từ thông trong khe hở không khí dạng không sin để đạt được moment cực đại. Điều này có nghĩa điện áp cấp cho động cơ có dạng không sin.
