Điều này tạo ra mộtchuyển động quay chính xác và ổn định.Với hiệu suất cao và khả năng điều khiển tốt, động cơ PMSM được sử dụngrộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp, từ máy móc công
Trang 1ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
BÁO CÁO NHẬP MÔM NGÀNH ĐIỆNĐỀ TÀI
ĐỘNG CƠ PERMANENT MAGNETSYNCHRONOUS MOTOR
THÂN MINH HIỆP
Ngành KT Điều khiển & Tự động hóa
Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Hoàng NamKhoa: Tự động hóa
Trường: Điện – Điện tử
Trang 2Lời cảm ơn
Trước hết em xin cảm ơn đến thầy Nguyễn Hoàng Nam đã hướng dẫn chỉ dạy tận tình để em có thể hoàn thành bản báo cáo này Sự hiểu biết, kiến thức và kinh nghiệm sâu rộng của Thầy đã giúp em vượt qua những thách thức và phát triển không những về tư duy mà còn về kĩ năng và chuyên môn.
Em rất mong nhận được những sự góp ý, sửa đổi từ phía của thầy để bản báo cáo của em có thể hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Tóm tắt nội dung đồ án
Đề tài của em làm về động cơ Permanent Magnet Synchronous Motor Sau khi
phân tích đề tài thì em quyết định chia đề tài của mình thành bốn phần chính Phần một là tổng quan về động cơ PMSM, hai là nguyên lý hoạt động và điều khiển, ba là ưu nhược điểm và ứng dụng và cuối cùng là kết luận.
Động cơ PMSM là một giải pháp đa dụng với nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, ít mất năng lượng, và khả năng điều khiển chính xác Mặc dù có chi phí ban đầu cao và một số hạn chế về ổn định trong môi trường đặc biệt, PMSM vẫn là lựa chọn phổ biến cho nhiều ứng dụng khác nhau từ công nghiệp, ô tô điện đến các thiết bị điện tử tiêu dùng
Sinh viên thực hiện
Ký và ghi rõ họ tên
Trang 31.4 Lợi ích của động cơ PMSM so với các loại động cơ khác 3
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 3
2.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản 3
2.2 Cách điều khiển và tối ưu 4
CHƯƠNG 3: ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ PMSM 53.1 Ưu nhược điểm 5
3.2 So sánh động cơ PMSM với các loại động cơ khác 6
Trang 4DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Động cơ PMSM 2
Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ PMSM 2
Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của động cơ PMSM 4
Hình 3.1 Động cơ DC 7
Hình 3.2 Động cơ AC 8
Hình 3.3 Xe điện sử dụng động cơ PMSM 9
Hình 3.4 Máy khí nén sử dụng động cơ PMSM 10
Hình 3.5 Quạt trần lớn PMSM tự phát triển của nhà máy Trung Quốc 10
Hình 3.6 Động cơ PMSM ứng dụng trong tàu thủy 11
Trang 5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ PERMANENT MAGNETSYNCHRONOUS MOTOR
1.1 Động cơ PMSM là gì
Động cơ PMSM là viết tắt của "Permanent Magnet Synchronous Motor", tức làĐộng cơ Đồng Bộ Nam Châm Vĩnh Cửu Đây là một loại động cơ không đồng bộsử dụng nam châm vĩnh cửu trên rotor (phần quay) để tạo ra trường từ cố định,không cần nguồn năng lượng bên ngoài để tạo trường từ như các động cơ khôngđồng bộ thông thường (Phố xe điện, 2023)
Động cơ PMSM hoạt động dựa trên nguyên tắc đồng bộ hóa giữa trường từtừ stator (phần cố định) và trường từ từ rotor, được điều khiển thông quadòng điện điều chỉnh qua các cuộn dây trên stator Điều này tạo ra mộtchuyển động quay chính xác và ổn định.
Với hiệu suất cao và khả năng điều khiển tốt, động cơ PMSM được sử dụngrộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp, từ máy móc công nghiệp đến hệthống điện tử, và đặc biệt phổ biến trong xe điện do hiệu quả và hiệu suất củanó.
1
Trang 6Hình 1.1 Động cơ PMSM
1.2 Cấu tạo
Động cơ PMSM bao gồm các thành phần chính sau:
Rotor: Phần quay của động cơ, thường bao gồm nam châm vĩnh cửu để tạora từ trường cố định Nam châm này có thể được xếp thành từng cực để tạora từ trường mạnh.
Stator: Là phần cố định xung quanh rotor, chứa cuộn dây dẫn điện Khi dòngđiện xoay chiều chạy qua cuộn dây này, nó tạo ra từ trường điện có tần số vàhướng cụ thể.
Cuộn dây và cảm biến: Các cuộn dây trong stator thường được sắp xếp theokiểu ba pha (3-phase) để tạo ra từ trường xoay, cần thiết cho hoạt động đồngbộ của động cơ.
Bộ điều khiển: Điều khiển hoạt động của động cơ thông qua việc điều chỉnhdòng điện và tần số cung cấp vào stator, từ đó điều chỉnh tốc độ và hướngquay của động cơ (Công ty TNHH Minhmotor, 2023)
Hình 1.2 Cấu tạo của động cơ PMSM
Trang 7Hiệu suất: Tỷ lệ giữa công suất đầu ra và công suất đầu vào, thường được thểhiện dưới dạng phần trăm.
Dòng điện định mức: Giới hạn dòng điện tối đa mà động cơ có thể chịu đượctrong điều kiện hoạt động bình thường.
Điện áp định mức: Điện áp cần thiết để vận hành động cơ ở điều kiện thôngthường.
Độ chính xác trong điều khiển: Đo lường khả năng kiểm soát chính xác củađộng cơ trong các ứng dụng cụ thể.
1.4 Lợi ích của động cơ PMSM so với các loại động cơ khác
Động cơ PMSM có một số lợi ích so với các loại động cơ khác:
Hiệu suất cao: Nhờ sử dụng nam châm vĩnh cửu, động cơ PMSM thường cóhiệu suất cao hơn so với các loại động cơ khác, giảm thiểu mất điện năngtrong quá trình hoạt động.
Ít mất nhiệt và ít hao mòn: Tính chất không có ma sát trực tiếp giữa rotor vàstator của PMSM giúp giảm mất nhiệt và hao mòn cơ học, làm tăng tuổi thọvà hiệu suất của động cơ.
Đáp ứng nhanh và chính xác: Động cơ PMSM có khả năng đáp ứng nhanhchóng và có độ chính xác cao trong việc điều chỉnh tốc độ và hướng quay, rấtphù hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao.
Tính ổn định: Động cơ PMSM hoạt động ổn định với dải tốc độ rộng màkhông cần sử dụng bộ gia tốc như một số loại động cơ khác.
Tiết kiệm năng lượng: Hiệu suất cao và ít mất nhiệt của PMSM giúp tiếtkiệm năng lượng, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu hiệu quả năng lượng.Các lợi ích này khiến động cơ PMSM trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều ứngdụng công nghiệp, từ xe điện đến máy móc công nghiệp và thiết bị điện tử
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ ĐIỀU KHIỂN 2.1 Nguyên lý hoạt động cơ bản
Động cơ PMSM hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra một trường từ từ nam châm vĩnh cửu trên rotor và từ trường điện từ stator để tạo ra chuyển động quay.
3
Trang 8Tạo trường từ trên rotor: Rotor chứa nam châm vĩnh cửu tạo ra một trường từcố định, không cần dùng nguồn năng lượng bên ngoài để duy trì Trường từ này tạo ra một trục xoay (còn gọi là trục từ) xung quanh trục quay của động cơ.
Tạo trường từ trong stator: Stator chứa các cuộn dây dẫn điện, thông thườngđược sắp xếp theo kiểu ba pha (3-phase) Khi dòng điện xoay chiều chạy quacác cuộn dây này, chúng tạo ra một trường từ điện quay theo cùng hướng vớitrường từ từ rotor.
Tương tác giữa hai trường từ: Trường từ từ rotor và trường từ điện từ statortương tác với nhau, tạo ra một lực cản hoặc một lực đẩy Tương tác này gâyra một lực xoay lên rotor, thúc đẩy nó quay đồng bộ với trường từ điện trongstator.
Điều khiển và Điều chỉnh: Bằng cách điều khiển dòng điện và tần số cungcấp cho stator, có thể điều chỉnh vận tốc và hướng quay của động cơ PMSMmột cách chính xác (Hong Phuc Electric Motor, 2021)
Hình 2.1 Sơ đồ hoạt động của động cơ PMSM
2.2 Cách điều khiển và tối ưu
Để điều khiển và tối ưu hiệu suất của động cơ PMSM, thường sử dụng các phươngpháp sau:
4
Trang 9Điều khiển Vector: Phương pháp này tập trung vào việc điều khiển cả hướngvà amplitud của dòng điện vào motor để kiểm soát tốc độ và vị trí của rotor.Vector Control giúp đạt được hiệu suất cao và ổn định trong nhiều điều kiệnvận hành khác nhau.
Bộ điều khiển PID : Bộ điều khiển PID thường được sử dụng để điều chỉnhdòng điện và tốc độ quay của động cơ Các thông số PID được điều chỉnh đểđạt được phản hồi tốt và điều khiển chính xác.
Các thuật toán Điều khiển Mô hình Dự báo: MPC sử dụng mô hình dự báođể dự đoán tương lai và tối ưu hóa dòng điện và tốc độ quay, đặc biệt hiệuquả trong việc ứng phó với các biến đổi nhanh chóng trong hệ thống.
Tối ưu hóa Công suất và Hiệu suất: Điều chỉnh các thông số của động cơPMSM như dòng điện, tần số và góc pha để đạt được hiệu suất tối ưu, giảmthiểu mất công suất và làm mát.
Quá trình điều khiển và tối ưu hiệu suất động cơ PMSM thường liên quanđến việc sử dụng các thuật toán thông minh, cảm biến và bộ điều khiển chínhxác để đáp ứng các yêu cầu vận hành cụ thể và cải thiện hiệu suất tổng thểcủa hệ thống (123 doc, 2017)
CHƯƠNG 3: ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ PMSM3.1 Ưu nhược điểm
Hiệu quả năng lượng: Do ít mất nhiệt và mất điện năng hơn so với các loạiđộng cơ khác, PMSM tiết kiệm năng lượng.
5
Trang 10Dễ bảo dưỡng: Không cần bảo dưỡng thường xuyên do không có bộ phận cơhọc tiếp xúc.
Cân nhắc về vận chuyển và lắp đặt: Do nam châm vĩnh cửu có khả năng tạora từ tính mạnh, việc vận chuyển và lắp đặt cần phải được thực hiện cẩn thậnđể tránh làm hỏng nam châm hoặc gây ra sự cố.
Mặc dù có nhược điểm nhất định, động cơ PMSM vẫn là lựa chọn phổ biến chonhiều ứng dụng do hiệu suất và tính ổn định của nó (HTG Holding Together,2023)
3.2 So sánh động cơ PMSM với các loại động cơ khác3.2.1 Động cơ DC với PMSM:
Nam châm: PMSM sử dụng nam châm vĩnh cửu, trong khi động cơ DCthường sử dụng nam châm từ tính được tạo ra từ dòng điện.
Hiệu suất: PMSM thường có hiệu suất cao hơn động cơ DC vì ít mất nănglượng hơn.
Điều khiển: Động cơ PMSM cần bộ điều khiển phức tạp hơn so với động cơDC.
Bảo dưỡng: PMSM ít cần bảo dưỡng hơn, vì không có chổi than và bộ phậntiếp xúc cơ học như động cơ DC (Xây dựng số, 2023)
6
Trang 12Điều khiển: BLDC có thể điều khiển thông qua cảm biến Hall hoặc cảm biếnkhông dây, trong khi PMSM thường cần sử dụng cảm biến để theo dõi vị trícảm biến (sensor) hoặc có thể sử dụng điều khiển vector trực tiếp (DTC).
8
Trang 13Hiệu suất và hiệu suất tải: PMSM thường có hiệu suất cao hơn ở tốc độ caohơn và có thể xử lý tải nặng tốt hơn so với BLDC.
Ứng dụng: BLDC thường được sử dụng trong các ứng dụng như quạt, máykhoan, và các ứng dụng gia dụng thông thường PMSM thường xuất hiệntrong các ứng dụng yêu cầu hiệu suất cao như máy CNC, robot công nghiệp,hay các loại xe điện.
Tùy thuộc vào nhu cầu cụ thể của bạn trong ứng dụng nào, việc lựa chọn giữaBLDC và PMSM sẽ phụ thuộc vào yêu cầu kỹ thuật và hiệu suất mong muốn.(Công ty TNHH MR.VŨ, 2023)
Trang 14Công nghiệp và Máy móc: Trong các máy công nghiệp, động cơ PMSMđược áp dụng trong các ứng dụng yêu cầu độ chính xác cao như máy giacông, robot công nghiệp, hay máy cắt gia công.
Hình 3.4 Máy khí nén sử dụng động cơ PMSM
Điện tử Tiêu dùng: Trong các thiết bị gia đình như máy giặt, tủ lạnh, hayquạt điện thông minh, động cơ PMSM được sử dụng để cải thiện hiệu suất vàtiết kiệm năng lượng.
Hình 3.5 Quạt trần lớn PMSM tự phát triển của nhà máy Trung Quốc
Tàu và Tàu lớn: Động cơ PMSM cũng được áp dụng trong ngành hàng hải vìkhả năng hoạt động ổn định ở tốc độ cao và hiệu suất tốt.
10
Trang 15Hình 3.6 Động cơ PMSM ứng dụng trong tàu thủy
Năng lượng tái tạo: Trong các ứng dụng năng lượng tái tạo như động cơ củacác turbine gió hay ứng dụng trong ngành điện mặt trời.
Động cơ PMSM được ưa chuộng trong các ứng dụng này nhờ vào hiệu suất cao, độchính xác trong điều khiển, và khả năng tiết kiệm năng lượng (HTG HoldingTogether, 2023)
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
4.1 Xu hướng phát triển của động cơ PMSM
Xu hướng phát triển của động cơ PMSM đang tập trung vào một số điểm chính:
Hiệu suất cao: Tiếp tục cải thiện hiệu suất của động cơ để tối ưu hóa sử dụngnăng lượng và giảm tổn thất.
Kích thước nhỏ gọn và trọng lượng nhẹ: Nỗ lực để giảm kích thước và trọnglượng của động cơ PMSM để phù hợp với các ứng dụng có hạn chế về khônggian.
11
Trang 16Điều khiển thông minh: Phát triển công nghệ điều khiển thông minh để cảithiện hiệu suất và khả năng điều khiển của động cơ, đồng thời đáp ứng yêucầu đa dạng của các ứng dụng khác nhau.
Tích hợp hệ thống: Tích hợp động cơ PMSM vào các hệ thống tự động hóavà IoT (Internet of Things) để tăng tính linh hoạt và khả năng kết nối với cácthiết bị khác.
Phát triển trong ô tô điện và công nghiệp sản xuất: Sự phổ biến của xe điệnvà ứng dụng trong ngành công nghiệp sản xuất đang thúc đẩy việc nghiêncứu và cải tiến động cơ PMSM để đáp ứng nhu cầu này.
4.2 Kết luận
Động cơ PMSM là một giải pháp đa dụng với nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, ítmất năng lượng, và khả năng điều khiển chính xác Mặc dù có chi phí ban đầu caovà một số hạn chế về ổn định trong môi trường đặc biệt, PMSM vẫn là lựa chọnphổ biến cho nhiều ứng dụng khác nhau từ công nghiệp, ô tô điện đến các thiết bịđiện tử tiêu dùng Sự linh hoạt trong điều khiển và khả năng tiết kiệm năng lượngcủa PMSM đã làm tăng tính ưa chuộng của nó trong thời gian gần đây Tuy nhiên,khi lựa chọn động cơ này, cần xem xét kỹ các yếu tố như yêu
TÀI LIỆU THAM KHẢO
12
Trang 17[1]
123 doc (2017, 9 6) Điều khiển động cơ PMSM Retrieved from
text.123.docz.com: pmsm.htm
https://123docz.net/document/4399299-dieu-khien-dong-co-[2] Công ty TNHH Minhmotor (2023, 2 8) Cấu tạo của động cơ PMSM Retrieved from minhmotor.
[3] Công ty TNHH MR.VŨ (2023, 9 25) Sự khác biệt giữa động cơ BLDC và động cơ PMSM Retrieved from quattran.vn: https://quattran.vn/su-khac-biet-giua-dong-co-bldc-va-dong-co-pmsm.aspx
[4] Đại lý xe điện (2022, 7 16) Lợi ích của động cơ PMSM đối với xe điện Retrieved from dailyxedien.vn: https://dailyxedien.vn/dong-co-pmsm-duoc-su-dung-cho-xe-dien-la-gi-cung-tim-hieu-nhe
[5] Hong Phuc Electric Motor (2021, 3 15) Nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM Retrieved from dongco3pha.com: https://dongco3pha.com/dong-co-nam-cham-vinh-cuu.html
[6] HTG Holding Together (2023, 6 28) Ứng Dụng PMSM Với Tự Động Hóa Retrieved from htg-group.com.vn: https://htg-group.com.vn/pmsm-la-gi-tim-hieu-ve-dong-co-nam-cham-vinh-cuu/
[7].Phố xe điện (2023) Khái niệm động cơ PMSM Retrieved from phoxedien.com: https://phoxedien.com/dong-co-pmsm/?fbclid=IwAR01iyJVvgWQIeznc0CHKtKxE0K6v-w2yISS1zPnJ6i_ekmqSN44VvvH0O0
[8] Xây dựng số (2023) Sự khác biệt giữa động cơ PMSM và DC Retrieved fromxaydungso: https://xaydungso.vn/blog/dinh-nghia-pmsm-la-gi-va-ung-dung-trong-cong-nghe-thong-tin-vi-cb.html
13