CHƯƠNG 1 TÔNG QUAN VE DONG CƠ ĐIỆN DONG BỘ NAM. CHAM VĨNH CUU 1-1. Tổng quan về động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (MSM) LLL Khải quit v động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cấu (PMSM) Động cơ đông bộ kích thích nam châm vĩnh cửu có cấu tạo gồm các cuộn dây 3 pha phân bổ đối xứng và rotor gắn nam châm vinh cứu để tạ từ trường khe hổ. Việc loại bỏ được mạch điện kích từ ở phía rotor đem lại một số ưu điểm cho động cơ PMSM như giảm tôn hao đẳng, mật độ công suất cao hơn, giảm mô men quán tinh của động.
sơ, cấu tạo rotor bén vững về mặt cơ khí hơn.Hiện nay, giá thành của loại động cơ PMSM vẫn cao hơn so với loại động cơ không đồng bộ rotor lồng sốc (KĐB-RLS) ở cùng dai công suit, nhưng động cơ PMSM thường có hiệu suất cao hơn, nên trong thời gian lâu dài thì giá thành sử đụng của động cơ PMSM vẫn nhỏ hơn so với động cơ KPB-RLS 'Nguyên lý làm việc: PMSM làm việc dựa trên sự tương tác giữa từ trường quay của cuộn stator va từ trường của nam châm vĩnh cửu đặt trên rotor tạo nên. Khi số đôi cực. của tử trưởng stator và rotor như nhau, vận tốc quay của các từ trường bang nhau (chế: độ đẳng bộ), thì xuất hiện lục kéo điệ từ gila các cực từ của stator và rotor và hình thành mô men dign tử. Động cơ khỏi động dưới ác dụng của mô men không đồng bộ Hình thành do sự tương tác giữa từ trường rotor và ding điện rong đây quấn stator Khi đạt tới vận tốc gần đồng bộ, nhờ the dụng từ trường quay stator và cực từ nam chim vĩnh cứu, for được kéo vio đồng bộ Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, khởi động không đồng bộ có nhiều ưu điểm hơn 3o với động cơ đồng bộ phản kháng và động cơ đồng bộ từ tr, Do chỉ số năng lượng (6089) cao hơn, trọng lượng và kích thước của máy bé hơn khí cổ cùng công suit, khá năng quả tải và ôn định tần số quay lớn hơn 1.
Ủng dung cia động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu "Đông cơ đồng bộ nam châm vinh cửu có cả ưu điểm của cả hai loại động cơ một chiều và động cơ xoay chiều không đồng bộ và côn hơn thé nữa, nó có sự tch biệt giữa phần cảm và phn ứng nền dễ ding trong điều chỉnh tốc độ và mô men, Do dé động cơ PMSM đang được sử dụng rit rộng rãi và ngày cảng nhiễu hơn trong công nghiệp, đặc. biệt 6 dai công suất thấp và rung bình (công suất tới vải tăm HP), trong các truyén động seevõ công suất nhỏ mây công cụ (hi dụ động cơ trục chính, tuyễn động vi tr.) và tong kỹ huật rd 1. Động học động cơ đồng bộ nam châm vĩnh ei (PMSM) May điện đồng bộ ba pha kích thích nam chim vĩnh cửu có kết cấu phía stator giống ĐCKDB: Dé là hệ thống cuộn dây nhận nguồn cung cấp điện ba pha. Khi đại điện áp xoay chiều ba pha lên hệ thống cuộn dây phía stator sé tạo rà đồng stator, gy nên điện áp cảm ứng phía rotor và xuất hiện đồng rotor.
Ding phía stator có ác dụng tạo nên ti thông stator, rotor và đỏ chính li nguyên nhân sinh ra mômen quay của máy điện. ign để xây ra cảm ứng và ạo được moment à tổn tai một "sự trượt" nhất định giữa chuyển động quay của rotor và của vetor từ thông stator, đấy là nguyên tắc hoạt động. của ĐCKĐB còn mây điện đồng bộ ba pha kích thích vĩnh cửu có một hệ thống nam châm vĩnh cửu gắn chặt rên bé mặt Nghĩa là: Từ thông luôn luôn tổn gỉ, không còn nhủ cầu trượt tbe độ để cảm ứng từ stator sang rotor nữa và mây điện hoạt động hoàn toàn đồng bộ. Mô hình động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được minh họa hình 1.
Trục Ta chun Cugn day nha U Ciộn dây nhà W Hình 1. Mô hình động cơ đồng bộ ba pha với rotor có cấu trúc eve in Sy khác nhan cơ bản giữa DCKDB và BCDB là sự khắc nhau trong phương thức sin sinh ra từ hông rotor. T thông rotor của ĐCKĐB được tạo nên bai dòng kích tis, một thành phan của đồng stator, còn từ thông rotor của BCDB hoặc được tạo nên bởi một cuộn kích thich biệt lập với các cuộn dây stator, hoặc bởi các phién nam châm. vĩnh cửu bổ đễu dan trên bể mặt rotor, vi lý do đó dòng điện stator chi còn chứa dong tạo mômen quay „ va không còn đồng kích từ nữa.
ĐCĐB sử dụng cuộn kích. tử biệt lập có cầu trúc cơ học hình1.1 (còn được gọi là ĐCĐB cục lồi, loại kích th bởi nam châm vĩnh cứu hinh 1.2 (còn được gọi là BCDB cực ẩn) (Qua mô hình động cơ đẳng bộ nam châm vĩnh cửu ta thấy: từ thông rotor luôn phân cote, có hướng nhất quản và cổ định. Tính định hướng nhất quân ấy chỉ phụ thuộc vào sắu trúc cơ học eda máy điện và làm đơn giản dirt nhiều việc xây dựng mô đều khiển động cơ, Nếu như ở BCKDB ta phải tim cách we lượng biên độ từ thing rotor thì ở BCDB biên độ đó đã được biết trước. "Nếu như ở ĐCKDB ta phải tim cách tính góc pha của từ thông rotor để có thể di chỉnh điều khiển tựa theo nó, thi ở ĐCĐB góc pha ban đã được biết trước và do đó có thé liên tye được theo di chính xác bằng máy do tốc độ quay rotor, Lava Hình 1.2 cho phép áp dụng ngay một cách thuận lợi các phương pháp điều chỉnh trên toa độ đ —g mà Không cần quan tâm đến tọa độ ơ —/Ø nữa.
Hệ thống kích thích bởi cuộn kích va dng kích tương ứng nào đó, diễu đô cho phép ta chi cần xét đến loại CPB nam châm vĩnh cửu kiểu cực tron là đầy đủ.1 Vector không gian và các đại lượng 3 pha 1211 Biéud vector không gian cho các đại lượng ba pha Do cấu tạo động cơ điện gôm ba cuộn dây stator, đồng điện ba pha stator của động cơ điểm trung tính cách ly được ky hiệu Tin lược là Í,„, i, i, ta có phương trình dng điện stator: i, +i,O+i,0=0 ay Với 1,9 =I, cost, 1,0) = |i,leos(w — 120” ,t) ;,(9 =|i|eostœ¿ + 1200) Vi phương điện mat phẳng cơ học (mặt cắt ngang), động cơ ding bộ có 3 cuộn dây lệch nhan một góc 120”, Nếu trên mặt cắt đó ta thiết lập một hệ tọa độ phức với tue thực đi qua true cuộn dây pha u của động cơ, ta cổ thể xây dựng vector không gian cho đông điện stator: 0)=Slis@) tin) +0) d2) vector j,0) là vector số modul không đổi quay trên mặt phẳng phúc với ốc độ góc (9, và go với are thực (me cuộn đây pha 0) một sốc pha 7 “Trong đó vector phức: (0) +i,(0e" +i,(0e| d3) Với y= "Đông điện của từng pha chính là hình chiéu của vector đòng điện stator i, lê trục cuộn day tương ứng. Đối với các đại lượng khác của động cơ như điện áp ba pha, từ thông. ba pha pt stator và ti thông rotor đều có thé xây đựng trên vector không gian tương, tự như dong điện stator.2 Hệ toa dé cổ định stator (a~ B) Goi trục thực của mặt phẳng phúc ni trê là truc ø và trục do là trục 9. Dặt tên trục cuộn đây phe w là tục thực a và trục vuông gốc với nó là trục áo F Chiếu vector Í, lên hai trục, ta được hình chiếu là í,, và í,,.
Hệ tọa độ này gọi là hệ tọa độ cổ định (hệ tọa độ stator), Cuộn dây pha v =4 Cuộn dây phau Cuộn dây pha w Hình I. Biểu điễn dòng điện stator trên hệ tọa độ (a — B) Bing cách chiểu vector không gian lên hai trục tọa độ (œ — /) ta có thể tính được. thành phần theo hai trực tọa độ bằng phương pháp hình học. Xét thành phần veetor đông điện trong hệ trụ tọa độ (ce — ): ĐI as sưa vã Suy ra as) 1.
Hệ toa độ từ thông rotor (d =4) “Trong mặt phẳng của hệ tọa độ (or — /) ta xét thêm một hệ tọa độ thứ hai có trục hoành d và trục tung g, hệ tọa độ này có chung điểm gốc và nằm lệch đi một góc Ø, so với hệ tọa độ stator. Chuyển đồi các đại lượng điện áp, dòng điện, từ thông giữa hai toa độ như sau: ia va Từ hình 1.5 rên ta có thé biểu diễn mỗi liện hệ giữa toa độ («eB và tọa độ (đ ~4) nh sau, Goi F có thé là các đại lượng điện dp, từ thông, ding điện “Chuyển đổi các đại lượng từ hệ trục tọa độ (ar —/) sang (d =4) F, [cosd, —sin0, Fs D 046) sind, cos, hy CChuyén đổi ngược các đại lượng từ hệ trục tọa độ (đ =4) sang (a = ổ) ay Cae hệ phương tinh này có tác dụng chuyén từ hệ ta độ (ø —/) sang (d—g) và "ngược lại cho dong điện stator và cũng đúng khi áp dụng cho các thành phần khác của động cơ, Khi xét hệ ga độ (đ — 4), ta cho trục d trùng với tục ừ thông rotor vì quay với tốc độ góc bằng với tốc độ góc của vector từ thông rotor. “Trục rotor Mus diy Trục tir pha w thông rotor Hình 1.6 Biển diễn các vector trên hệ toa độ từ thông rotor (d —g) hận x + Trong hệ tọa độ từ thông rotor, các vector đông stator và các vector từ thông rotor quay củng với hệ toa độ (d —g), do đó các phần tử của vector đồng rotor là ác đại lượng một chiều, trong chế độ xác lập các giá trị nảy gần như không đổi: còn trong quả trình quá độ, các đại lượng nay biển thiên theo một thuật toán đã được định trước Mt uu điểm nữa là thành phin từ thông rotor trên trục (g) có giá tị là 0 do ông góc với từ thông rotor tring với trục (a), do đó từ thông rotor chỉ còa thành phần theo trục (đ) và là đại lượng một chiều 1.14 Chuyén đã từ hệ tục ba pha sang hệ tục (Á —4) Từ hình 16 ta có thể chuyển đổi từ hệ trục ba pha(u v w) sang hệ trực tọa độ (d = q) và ngược lại. Giả sử ti thời điểm ơ =0 vị tri khung quay lệch một gốc ổ, =f, trong đó tốc độ quay của khung quay.
Do đó ta được mỗi liên bệ như su: 2m 2m Ny so) cod0—S) con(0,+ 2) Ít: h B „Ăn (sy ‹ sim) —sn—^O, -sin@, +75), Biển đổi ngược: : cos(#,) —sin(đ,) h ~sin(@, -23) "| as) sin, +5 “Sự chuyển đổi này cũng đúng khi áp dung cho thành phần dòng điện 1.