Đồ án tốt nghiệp tổng quan về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chương 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU 1.1 Giới thiệu về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Đối với động cơ xoay chiều kích thích bằng nam châm vĩnh cửu, thì nam châm vĩnh cửu thay thế cho cuộn dây kích từ và vành trượt cổ góp dẫn điện như đối với động cơ đồng bộ kích từ bằng cuộn dây (Wound Field Synchronous Machine – WFSM), và động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu cũng không có cấu tạo lồng sóc như ở rotor của động cơ không đồng bộ (Induction Motor – IM) Nhờ đặc điểm đó, các PMSM có một số ưu điểm nổi bật so với các loại động cơ khác Do không có các cuộn dây kích từ bên trong rotor, nên các động cơ xoay chiều nam châm vĩnh cửu có khối lượng nhỏ và mômen quán tính thấp, điều này giúp cho động cơ đáp ứng mômen nhanh hơn Thêm vào đó, cường độ từ trường của động cơ này vẫn lớn trong khi thể tích của động cơ có thể giảm xuống Hơn nữa, vì không cần năng lượng để từ hóa động cơ và không có tổn thất đồng ở rotor, nên PMSM có hiệu suất cao hơn IM và WFSM Điều này cũng giúp giảm chi phí và kích thước biến tần dùng cho PMSM Nhờ không có tổn thất đồng ở rotor, nên rotor PMSM hầu như không tự sinh nhiệt mà còn nhận nhiệt từ phía stator, giúp quá trình tản nhiệt trong động cơ tốt hơn Đặc biệt, một số PMSM có lợi thế vượt trội là được thêm mômen từ trở trong dải điều khiển giảm từ thông, vì vậy, chúng có thể được thiết kế để có một dải công suất không đổi rộng Các kết quả trên dẫn đến PMSM có mật độ công suất cao hơn bất kỳ loại động cơ nào khác Nói cách khác, với cùng một công suất yêu cầu thì PMSM cần một không gian hiệu dụng nhỏ so với các loại động cơ khác Về nguyên lý hoạt động, khi nối nguồn ba pha vào các cuộn dây stator của PMSM, dòng điện chạy trong hệ thống ba cuộn dây quấn stator sẽ sinh ra một từ trường quay với tốc độ: (1.1) với fe là tần số dòng điện stator, Pn là số đôi cực của động cơ đồng bộ Từ trường này sẽ tương tác với từ trường rotor tạo ra mômen kéo rotor quay với tốc độ đúng bằng tốc độ của từ trường quay Như vậy, từ trường trong động cơ gồm hai thành phần là từ trường rotor và từ trường stator Từ trường stator là do dòng điện stator tạo thành, còn từ trường rotor là do nam châm vĩnh cửu gắn trên rotor tạo thành SVTH: 1 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 1.2 Các loại PMSM Dựa vào đặc điểm và cấu tạo của rotor, các động cơ đồng bộ (Synchronous Motor – SM) có thể được phân loại như Hình 1.1 Hình 1.1: Các loại động cơ đồng bộ xoay chiều ba pha Trong Hình 1.1, động cơ nam châm vĩnh cửu (Permanent Magnet Motor – PM Motor) được phân thành hai loại theo dạng sóng sức phản điện động Một loại có đặc điểm là sức phản điện động hình sin được gọi là PMAC hay PMSM (Permanent Magnet AlternatingCurrent,Permanent Magnet Synchronous Motor), và một loại khác là động cơ một chiều không chổi than (Brushless DC motor – BLDC motor) Dạng sóng sức phản điện động có hình dạng phụ thuộc vào nam châm, sự sắp xếp các rãnh và kiểu quấn dây Động cơ BLDC có đặc điểm là mômen bị nhấp nhô với tần số nhấp nhô gấp 6 lần tần số chuyển mạch Điều này là khác biệt hoàn toàn với các loại động cơ thông thường khác với mômen là một đường thẳng Do mômen nhấp nhô nên tốc độ của động cơ BLDC không ổn định và có tiếng ồn khi làm việc, đặc biệt là ở vùng tốc độ thấp SVTH: 2 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.2 (bvm 8a-e) thể hiện các mặt cắt của các PMSM hai cặp cực có sin với nam châm vĩnh cửu bề mặt hoặc là nam châm vĩnh cửu chìm Sự khác nhau là do vị trí của các nam châm vĩnh cửu (được bôi đen trong Hình 1.2) Nếu các nam châm vĩnh cửu được gắn trên bề mặt của rotor như Hình 1.2 (a- b), thì nó được gọi là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu bề mặt (Surface mounted PMSM-SPMSM) Nếu các nam châm mà được đặt chìm trong lõi rotor như Hình 1.2 (c),(d), thì chúng được gọi là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chìm (Interior PMSM-IPMSM) Trong Hình 1.2 (b), các nam châm vĩnh cửu được đặt vào rãnh của bề mặt rotor, được gọi là động cơ nam châm ghép bề mặt (inset magnet motor) Đối với động cơ nam châm ghép bề mặt, mặc dù nam châm ở trên bề mặt, nhưng từ trở có đặc điểm gần giống với IPMSM, đặc biệt là điện cảm trục q lớn hơn so với điện cảm trục d Với bố trí từ thông tập trung như Hình 1.2 (d) thì mật độ từ thông khe hở không khí có thể được tăng lên lớn hơn so với ở bề mặt của nam châm vĩnh cửu So sánh giữa PMSM và động cơ BLDC chỉ ra rằng PMSM có thể điều chỉnh tốc độ và vị trí chính xác hơn so với động cơ BLDC Hơn nữa, PMSM không tạo ra mômen nhấp nhô giống như động cơ BLDC Nhưng giá trị sử dụng của các động cơ BLDC là ở điểm điều khiển đơn giản và giá thành cạnh tranh Động cơ BLDC thường có giá thành thấp và công suất nhỏ (nhỏ hơn 5kW), và được ứng dụng trong máy quạt gió, dụng cụ cầm tay, các ứng dụng gia dụng… So sánh giữa BLDC và PMSM được liệt kê trong Bảng 1.1 Sức phản điện động Động cơ BLDC PMSM Dòng điện pha Sóng hình thang Sóng sin Mômen nhấp nhô Sóng sin Cảm biến vị trí Sóng vuông Kiểu quấn dây stator Cao Thấp Sử dụng nam châm vĩnh cửu Resolver (giá thành đắt) Tổn thất do dòng điện xoay Cảm biến Hall (giá thành rẻ) Phân tán (tốn nhiều đồng) trong nam châm Tập trung (tốn ít đồng) Độ phức tạp trong điều khiển Lớn Tương đối nhỏ Dải tốc độ Lớn Tương đối nhỏ Giá thành bộ nghịch lưu Đơn giản Phức tạp Bảng 1.1 Hẹp Rộng Thấp Cao So sánh giữa động cơ BLDC với PMSM Đối với động cơ từ trở (Reluctance Motor) có thể được chia làm hai loại: động cơ từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor - SynRM) và động cơ từ trở thay đổi (Switch Reluctance Motor, Variable Reluctance Motor - SRM) Trong đó, các SynRM có số cực ở stator và rotor là bằng nhau Rotor SynRM được thiết kế để hướng từ thông qua rotor theo quỹ đạo mong muốn, do đó các lỗ trống được tạo ra nhằm mục đích này như trên Hình 1.2 (f-g) Cũng nhờ vậy nên khi làm việc, rotor động cơ này mát hơn so với các động cơ khác Số cực điển hình của SynRM là 4 và 6 Còn các SRM cũng có thể được xem là một dạng của động cơ bước với số cực ít Các SRM khác nhau về số lượng pha quấn trên stator và chúng là một con số nhất định dựa vào sự tổ hợp phù hợp giữa số cực của stator và số cực rotor Ví dụ như SRM 2 pha 4/2 (stator 4 cực, rotor 2 cực), và SRM 3 pha 6/4 (stator 6 cực, rotor 4 cực) Nhờ cấu tạo đặc biệt này, đối với SVTH: 3 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP SRM, ngoài điều khiển dòng điện, điện áp còn có thể điều khiển góc quay của rotor về nguyên lý hoạt động, khi kích thích bằng liên tiếp các xung dòng điện ở mỗi pha của stator SRM, thì rotor của động cơ có xu hướng đuổi theo hướng từ trở nhỏ nhất, từ đó tạo chuyển động quay cho trục động cơ 1.3 Động cơ đồng bộ IPM Về cấu tạo, stator của động cơ IPM bao gồm các cuộn dây được bố trí tương tự như ở các động cơ xoay chiều ba pha khác Còn rotor của động cơ có cấu tạo khá đặc biệt và đa dạng, bao gồm lõi thép và các tấm nam châm vĩnh cửu đặt chìm trong lõi thép, tùy vào số đôi cực của động cơ mà có số cặp nam châm tương ứng Hình 1.2 (c-e) là những cách bố trí nam châm thường thấy trong IPMSM Sự bố trí các cặp nam châm bên trong lõi thép và cấu tạo lõi thép khiến cho từ thông của rotor chỉ hướng theo một trục nhất định, ta gọi trục đó là trục sinh từ thông d, trục còn lại không sinh từ thông gọi là trục q, được mô tả trên Hình 1.3 Với cách bộ trí nam châm như trên dẫn đến từ thông khe hở không khí không đều Do đó, điện cảm trên hai trục cũng khác nhau Cụ thể là điện cảm ngang trục Lq của IPMSM lớn hơn điện cảm dọc trục Ld (Lq >Ld), và tỷ số ξ = Lq / Ld được gọi là hệ số nhấp nhô Mức độ sai lệch giữa hai thành phần điện cảm này lớn hay nhỏ tùy thuộc vào cấu tạo của động cơ Nhờ đặc điểm này đã dẫn đến một số ưu điểm trong điều khiển động cơ IPM Hình 1.3: Các đường sức từ của nam châm vĩnh cửu IPMS Vật liệu làm nam châm cho động cơ là vật liệu có mật độ từ tính lớn, do đó, kích thước của rotor không cần quá lớn mà vẫn đạt được từ thông mong muốn, nhờ đó mà mật độ công suất của IPMSM thường rất cao Giống với động cơ SPM, khả năng sinh mômen của động cơ IPM SVTH: 4 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP nhờ vào sự tương tác giữa dòng điện stator và từ thông của rotor, mômen này gọi là mômen điện từ (Electromagnetic Torque) Tuy nhiên, do có Ld ≠ Lq nên IPMSM có thêm một thành phần mômen từ trở (Reluctance Torque), điều này giúp cho động cơ IPM có khả năng sinh mômen cao hơn Hơn nữa, IPMSM còn có khả năng giảm từ thông mạnh nên có thể điều chỉnh tốc độ trong một dải rộng Ưu nhược điểm: Có khả năng sinh mômen cao, dải điều chỉnh tốc độ rộng; Khối lượng nhẹ, kích thước nhỏ gọn, mật độ công suất lớn; Giá thành còn rất đắt Để thấy rõ hơn những ưu điểm của IPMSM, ta tiến hành so sánh IPMSM với SPMSM và kết quả được đưa ra trong Bảng 1.2 SPMSM IPMSM Chìm Vị trí nam châm Bề mặt Đặt chìm trong roto Định vị nam châm Dán keo, dùng dải băng Nhỏ Sóng hài từ trường của nam châm Lớn Tương đối nhỏ >1 Sử dụng nam châm Lớn Có Cao Hệ số nhấp nhô 1 Lớn Mômen từ trở Không Mật độ công suất Thấp Dải tốc độ Nhỏ Bảng 1.2.So sánh IPMSM với SPMSM SVTH: 5 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP CHƯƠNG 2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN PMSM Để điều khiển PMSM, ta chỉ có thể sử dụng các phương pháp điều khiển tần số, như điều khiển vô hướng U / f, điều khiển vector tựa từ thông rotor (Field Oriented Control - FOC), điều khiển trực tiếp mômen (Direct Torque Control - DTC) 2.1 Các phương pháp điều khiển tần số 2.1.1.Phương pháp điều khiển vô hướng U / f Phương pháp điều khiển vô hướng U / f là phương pháp điều khiển đơn giản và dễ thực hiện nhất Ý tưởng của phương pháp là thay đổi tần số để thay đổi tốc độ đồng bộ, từ đó thay đổi tốc độ động cơ Tuy nhiên, nếu điện áp cấp cho động cơ được giữ không đổi và giảm tần số sẽ kéo theo việc gia tăng từ thông trong khe hở không khí, khi đó dễ dẫn đến bão hòa mạch từ, dòng từ hóa tăng, méo dạng sóng dòng và áp cung cấp cho động cơ dẫn đến tổn hao đồng trên stator sẽ tăng Để tránh tình trạng này, người ta thường giảm điện áp đi đôi với giảm tần số sao cho từ thông khe hở không khí được giữ nguyên không đổi Trong các ứng dụng công nghiệp, phương pháp này được phân làm hai loại: 1) điều khiển U / f sao cho từ thông là hàm của mômen tải; và 2) điều khiển U / f sao cho từ thông luôn luôn không đổi ở toàn dải điều chỉnh Mặc dù có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện nhưng phương pháp này có nhược điểm là ổn định tốc độ ở vùng tốc độ thấp gặp khó khăn, do vậy thường được dùng trong các ứng dụng không yêu cầu điều chỉnh sâu tốc độ 2.1.2 Phương pháp điều khiển vector tựa từ thông rotor (FOC) Còn phương pháp điều khiển vector tựa từ thông rotor (FOC) ra đời dựa trên việc áp dụng các phép biến đổi tuyến tính không gian vector Tinh thần của phương pháp là dùng các công cụ biến đổi vector để ước lượng đại lượng từ thông rotor r và điều chỉnh nó Ưu điểm của phương pháp này là có thể ổn định tốc độ ở vùng cận không, cho họ đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ giống với đặc tính cơ của động cơ điện một chiều kích từ độc lập ở vùng từ thông không đổi 2.1.3 Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC) Phương pháp thứ ba là phương pháp điều khiển trực tiếp mômen (DTC) xuất hiện và phổ biến vào thập kỉ 90 của thế kỉ 20 Phương pháp này dựa vàoviệc điều khiển vị trí vector từ thông stator s để điều khiển mômen động cơ Để thực hiện phương pháp này, ta cần dựa trên phép biến đổi vector để xác định độ lớn và vị trí vector s , thay đổi vector điện áp stator us để thay đổi vị trí vector s Ưu điểm của phương pháp này là không cần xác định vị trí của rotor và cho đáp ứng mômen nhanh Nhược điểm là với mômen đập mạch sinh ra, dẫn đến động cơ làm việc ở tốc độ thấp khó ổn định Với những ưu nhược điểm của các phương pháp đã nêu ra ở trên nên trong đồ án này, em sử dụng phương pháp FOC để xây dựng cấu trúc điều khiển cho bài toán điều khiển nâng cao hiệu suất PMSM SVTH: 6 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.2.Phân tích phương pháp điều khiển vector tựa từ thông rotor (FOC) Phương pháp điều khiển vector xuất phát từ nguyên lý điều khiển của động cơ điện một chiều (Direct Current - DC) Động cơ điện DC có đặc tính điều khiển đơn giản, từ thông được sinh ra bởi dòng điện kích từ và mômen được sinh ra nhờ dòng điện phần ứng của động cơ Hai dòng điện này là độc lập và có thể điều khiển dễ dàng, do đó ta có thể điều khiển độc lập từ thông và mômen của động cơ Với ưu điểm này, động cơ điện DC đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển truyền động ở những năm đầu ứng dụng điều khiển số Đối với động cơ xoay chiều (Alternating Current - AC) ba pha, việc mô tả toán học để có đặc điểm điều khiển độc lập như động cơ điện DC là rất khó khăn Do đó, phương pháp điều khiển vector tựa theo từ thông rotor đã được xem xét và đề xuất bởi K Hasse và F Blaschke Phương pháp này cho phép biểu diễn dòng điện stator thành hai dòng điện độc lập, có khả năng tạo từ thông và mômen giống với mô hình động cơ điện một chiều Điều này được thực hiện bằng cách chuyển các thành phần dòng điện và điện áp trong hệ tọa độ cố định sang hệ tọa độ quay đồng bộ với từ thông rotor, dựa trên các công thức chuyển đổi tuyến tính trong không gian vector do Clarke và Park đề xuất Khi ta thành công trong việc điều khiển vector dòng điện stator đảm bảo nhanh, chính xác và không tương tác (điều khiển tách kênh, đảm bảo cách ly giữa hai quá trình: từ hóa động cơ và tạo mômen quay), thì ta có thể thiết kế các bộ điều khiển vòng ngoài giống như đối với động cơ điện DC 2.2.1 Công thức chuyển đổi Clarke Công thức chuyển đổi Clarke cho phép biểu diễn vector dòng điện stator is gồm ba thành phần xoay chiều ia,ib,ic trong hệ tọa độ stato r cố định a-b-c thành một vector gồm hai thành phần xoay chiều iα, iβ trong hệ tọa độ Descartes, hay còn gọi là hệ tọa độ trực giao đứng yên α-β , trong đó trục α trùng với trục dây quấn pha a của động cơ Ta thấy rằng, hai dòng điện iα, iβ là hai dòng điện xoay chiều hình sin SVTH: 7 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.4: Vector dòng điện stator trên hai hệ tọa độ cố định stator và α-β Biểu diễn hình học của công thức chuyển đổi được minh họa trên Hình 1.4 Công thức chuyển đổi Clarke được mô tả theo phương trình dưới đây: (1.2) Trong đó: ia , ib , ic là các dòng điện trên hệ tọa độ stator; và iα, iβ là các dòng điện trên hệ tọa độ α-β Bằng cách tương tự như đối với vector dòng điện stator, các vector điện áp stator, từ thông stator… đều có thể được biểu diễn bởi các phần tử thuộc hệ tọa độ trực giao đứng yên α-β Dựa vào Hình 1.4, ta cũng có công thức chuyển đổi Clarke ngược từ hệ tọa độ α-β sang hệ tọa độ stator cố định a-b-c: (1.3) 2.2.2 Công thức chuyển đổi Park Công thức chuyển đổi Clarke đã biểu diễn vector dòng điện stator is từ ba thành phần xoay chiều ia,ib,ic trong hệ tọa độ stator cố định a-b-c về chỉ còn hai thành thành phần iα,iβ trong hệ tọa độ trực giao đứng yên α β Tuy nhiên, vector dòng điện trong hệ tọa độ α-β là vector vẫn quay với tần số góc của từ trường quay stator α, vì vậy, dòng điện iα,iβ là các dòng xoay chiều Để đơn giản trong điều khiển, các dòng điện xoay chiều này được biểu diễn thành hai dòng điện một chiều id,iq Việc biểu diễn này được xây dựng thành công thức chuyển đổi Park, được đưa ra trong bài báo năm 1929 của tác giả Robert H Park Bài báo được xếp hạng thứ hai trong các bài Biểu diễn hình học của công thức Park được minh họa trên Hình 1.5 Trong đó: Ωs là tốc độ góc vector của vector dòng điện stator is; θs là góc pha giữa trục chuẩn α và trục d SVTH: 8 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.5: Vector dòng điện stator trên hệ tọa độ cố định α-βvà hệ tọa độ quay d-q Công thức chuyển đổi Park [1]: (1.4) Công thức (1.4) cho phép đưa vector dòng điện quay stator trong tọa độ trực giao đứng yên α-β thành vector dòng điện đứng yên, bằng cách cho hệ tọa độ trực giao đứng yên α-β quay quanh gốc với tần số góc bằng tần số góc của vector dòng điện quay stator Ta gọi hệ tọa độ quay này là hệ tọa độ trực giao quay d-q Tương tự ta cũng có công thức chuyển đổi Park ngược từ hệ tọa độ d-q về hệ tọa độ α-β: (1.5) Như vậy thông qua hai phép biến đổi Clarke và Park, ta có thể đưa vector dòng điện gồm ba thành phần trong hệ tọa độ cố định ia,ib,ic thành vector dòng điện trong hệ tọa độ quay d-q chỉ gồm hai thành phần một chiều id , iq Tuy nhiên, để giống với nguyên lý điều khiển của động cơ điện một chiều, ta phải chọn hệ tọa độ d-q sao cho dòng điện id là thành phần sinh từ thông và dòng điện iq là thành phần sinh mômen Để làm được điều đó, ta gán trục d của hệ tọa độ d- q trùng với hướng từ thông của rotor, khi đó trục q sẽ hướng theo chiều không sinh từ thông và hệ trục tọa độ d-q sẽ quay với tốc độ góc đồng bộ với tốc độ góc của từ thông rotor Phương pháp điều khiển như vậy gọi là điều khiển vector tựa theo từ thông rotor (FOC) Đối với PMSM, tốc độ góc của từ thông rotor cũng chính là tốc độ góc của trục rotor ω=ω và góc pha giữa trục chuẩn α(trục của hệ tọa độ α-β) với trục của từ thông rotor ψ trục d của hệ tọa độ d-q) chính bằng góc cơ θs=θθr Như vậy, đối với PMSM, ta có thể sử dụng trực tiếp góc cơ công thức (1.4) và (1.5) 2.3 Phân tích hoạt động của PMSM 2.3.1.Mô hình toán học của PMSM Trong hệ tọa độ d-q quay đồng bộ với vận tốc điện, quan hệ điện áp và dòng điện được biểu diễn như sau: Ud   Rs  sLd  eLq   id   0          Uq  eLd Rs  sLq   iq  e m  Trong đó GVHD: Phạm Văn Tuấn Ud , Uq : điện áp đầu cực theo hai trục d,q; Rs : điện trở stator; 9 SVTH: ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ld, Lq : điện cảm trục dọc và trục ngang e : tốc độ điện; e id, iq: dòng điện stator theo hai trujcd, q; Pn: số đôi cực; m : từ thông nam châm vĩnh cửu m Giả sử J là mômen quán tính của rotor, Tc là mômen cản, và bỏ qua ma sát thì ta có phương trình cơ học sau: Te –Tc = J trong đó O)r là tốc độ quay của rotor, được tính theo công thức sau: r = Pn Giới hạn từ thông rotor của PMSM có thể được phản ánh qua điện cảm dọc trục Ld và dòng điện kích thích tương đương của nam châm vĩnh cửu (nguồn dòng ảo) i f Khi đó, có thể xem: m = Ldif Giới hạn dòng điện và điện áp Gọi Ismax là biên độ dòng điện lớn nhấốt của PMSM Lúc đó, giới hạn dòng điện của động cơ được biểu diêỗn như một đường tròn (Hình 1.6) có phương trình như sau: SVTH: 10 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2.3.5 Vùng giảm từ thông phía cao Phương pháp điều khiển thường dùng cho vùng tốc độ cực cao này là điều khiển tối ưu từ thông đáp ứng mômen của phụ tải Chiến lược điều khiển này được sử dụng như là bước cuối cùng trong vùng tốc độ cao của PMSM khi Is > m / Ld Điểm mômen cực đại ứng với mỗi mức từ thông được xác định dựa vào tiếp tuyến của đường cong mômen với giới hạn điện áp như tại các điểm C và D ở Hình 1.4 Trong vùng tốc độ cực cao này, ellipse điện áp tiếp tục co lại vào bêntrong đường tròn dòng điện đến điểm (-m / Ld ,0) và dòng điện của động cơ cũng giảm Cho nên, mômen của động cơ cũng giảm rất nhanh và tỷ lệ với 1/ ω2 , bắt đầu từ điểm C trêen hình 1.5 2.3.6 Đặc tính công suất - tốc độ Bởi vì iq xấp xỉ bằng không khi tốc độ cực cao, nên giới hạn điện áp (1.14) trở thành: (id + if )2 ≤ Usmax2 / (ωeLd)2 (1.16) Khi mà ωe đủ lớn thì vế bên phải của (1.16) xấp xỉ bằng 0 Hay khi id → -if và if thì ωe → Theo khả năng tạo ra tốc độ cực đại được xác định theo tiêu chí: m =θ LdIsmax (1.17) Hình 1.6 thể hiện ba trường hợp với các giới hạn điện áp và dòng điện và đồ thị công suất theo tốc độ Minh họa cụ thể cho ba trường hợp được tổng hợp như sau: 1) Trường hợp /m > LdIsmax: Tương ứng với trường hợp này (Hình 1.8 (a)), từ thông rotor m lớn hơn giá trị lớn nhất của từ thông mà được tạo bởi dòng điện stator trên trục ư Lúc này, tâm của ellipse giới hạn điện áp (-if ,0) nằm bên ngoài đường tròn giới hạn dòng điện Tốc độ tối đa mà động cơ có thể đạt được ứng với điểm (- Is max,0) được gọi là tốc độ giới hạn và có thể suy ra từ (1.16): ωc =θ Usmax / m - LdIsmax (1.18) Sau tốc độ này, không còn điểm chung giữa giới hạn dòng điện và điện áp, nên công suất giảm nhanh về 0 khi động cơ đạt được tốc độ này 2) Trường hợp m = LdIsmax: Đây là trường hợp if = Ismax (Hình 1.8 (b) Vì tâm của ellipse giới hạn điện áp nằm trên đường tròn giới hạn dòng điện, nên giao điểm luôn luôn tồn tại ở bất kỳ tốc độ lớn nào Do đó, vùng công suất không đổi có thể được mở rộng đến tốc độ vô cùng về mặt lý thuyết SVTH: 14 GVHD: Phạm Văn Tuấn ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP (a) (b) (c) Hình 1.6: Quỹ đạo dòng điện và đặc tính công suất - tốc độ trong ba trường hợp: (a) m > LdIsmax ; (b) m = LdIsmax ; (c) m < LdIsmax 3) Trường hợp /m