bài tập dài Máy điện trong điều khiển tự động Triệu Việt Linh

Phương trình của độ tự cảm có thể được viết lại như sau : k là độ dốc trong vùng tăng của độ tự cảm : Các momen xoắn được phát triển bởi một pha trong đó dòng điện có xuhướng di chuyển r

NGUY NGUYÊ Ê ÊN N N L L LÍÍÍÍ HO HO HOẠ Ạ ẠT T T ĐỘ ĐỘ ĐỘNG NG NG C C CỦ Ủ ỦA A A ĐỘ ĐỘ ĐỘNG NG NG C C CƠ Ơ Ơ PH PH PHẢ Ả ẢN N N KH KH KHÁ Á ÁNG NG

CHUY CHUYỂ Ể ỂN N N M M MẠ Ạ ẠCH(SRM) CH(SRM)2.1

2.1 Gi Gi Giớ ớ ớiiii thi thi thiệệệệu u

Động cơ phản kháng chuyển mạch có cấu trúc đơn giản hơn so với cácđông cơ cảm ứng và động cơ đồng bộ Sự kết hợp của chúng với các bộ điềukhiển điện tử công suất có thể mang lại một giải pháp kinh tế Cấu trúc củađộng cơ là đơn giản với cuộn dây tập trung trên stato và không có dây cuốncũng như chổi than trên rotor Điều này rõ ràng làm cho kết cấu của nó dễ bịnhầm lẫn Động cơ phản kháng chuyển mạch hiện tại có nhiều ưu điểm như

là hiệu quả sử dụng cao , tốc độ vận hành cao,hiệu suất của động cơlớn ,momen xoắn lớn , cùng với việc hoạt động được ở 4 góc phần tư làmcho nó trở thành giải pháp hấp dẫn cho các ứng dụng về thay đổi tốc độ.Động cơ SRM với nhiều kích cỡ chủng loại , công suất, dải tốc độ và cáckhía cạnh kinh tế trong cấu trúc của chúng sẽ sớm được có mặt trong các hộgia đình

Hiệu suất của động cơ phản kháng chuyển mạch phụ thuộc rất nhiều vàoviệc điều khiển ứng dụng Hình 2.1 cho ta cấu trúc của một động cơ phảnkháng chuyển mạch Ba thành phần chính có thể xác định được là : Động cơSRM , bộ biến đổi điện tử công suất và bộ điều khiển Trong hệ thống điềukhiển bao gồm xử lý tín hiệu , chuyển đổi điện và toàn bộ động cơ phải đượcthiết kế như một ứng dụng cụ thể

Có một bộ chuyển đổi giữa các pha Một pin hoặc một bộ chỉnh lưu côngsuất nguồn một chiều Các nguyên lý cơ bản đơn giản như là : mỗi pha đượccung cấp điện áp một chiều bởi một bộ chuyển đổi điện tử công suất cũngnhư được điều khiển bởi bộ điều khiển đơn vị Một điều quan trọng là việctạo ra momen xoắn độc lập với hướng của dòng điện Nguyên lí hoạt độngnày

Hình 2.1 Cấu trúc của một động cơ phản kháng chuyển mạch

góp phần vào việc giảm số lượng các thiết bị chuyển mạch cho mỗi pha Chương này trình bày các cấu trúc liên kết chính của đông cơ phản khángchuyển mạch , các dòng năng lượng và các biến điêu khiển Các động cơnày hoạt động được trong các góc phần tư của nó , các momen xoán theo đặcđiểm của tốc độ và được xây dựng công thức tính theo mô hình toán học củacác mạch tương đương Các mô hình từ tính tuyến tính được sử dụng đểcung cấp một cấu trúc cho việc tìm hiểu và điều khiển động cơ SRM Phầnnày mô tả về một động cơ SRM 4 pha và cơ chế điều khiển nó Các phươngpháp mô phỏng được đề suất để tìm ra bộ điều khiển tốc độ tối ưu Các môphỏng này đã được tiến hành và các kết quả quan trọng nhất của nó sẽ đượcmang ra thảo luận xem xét

2.2

2.2 C C Cấ ấ ấu u u tr tr trú ú úcccc li li liêêêên n n k k kếếếếtttt ccccủ ủ ủa a a độ độ động ng ng ccccơ ơ

Cũng giống như nhiều động cơ khác , cấu trúc của động cơ phản khángchuyển mạch bao gồm stator và rotor Cả stator và rotor được dát mỏng Xếp chồng các lá thép kim loại với số lượng lớn và từ tính cao vào lõi củarotor Stator được cấu tạo nên từ các lá thép mỏng ép sát nhau vào một lõi vàcác cuộn dây được đặt trên mỗi cực stator

Mỗi cực stator mang một cuôn dây kích thích và cuộn dây đối diện đượcnối với nhau để tạo thành một pha Chúng không có dây cuốn nào trên rotor

Số cực của stator và rotor được lựa chọn bằng cách sủ dụng một loạt các chỉtiêu đã được đưa ra tại chương IV Trong phần này , người ta cho rằng sốlượng cực của rotor là Nr và số cực của stator là Ns được biết đến như là đãthông qua các tiêu chí lựa chọn tại chương IV

Các máy phản kháng chuyển mạch có thể đưa ra một loạt các tỉ lệ khíacạnh và các cấu trúc cực lồi mà không ảnh hưởng đến hiệu suất quá nhiều Điều này có nghĩa là mỗi ứng dụng có thể sẽ là phù hợp hơn cho một cấutrúc liên kết phản kháng chuyển mạch cụ thể

Độ

Động ng ng ccccơ ơ ơ m m mộ ộ ộtttt pha pha

Đây là động cơ phản kháng chuyển mạch đơn giản nhất có lợi thế về sự kếtnối ít nhất giữa động cơ và mạch điện tử công suất Tuy nhiên những gợnmomen xoắn là rất lớn và không thể khởi động được ở tất cả các vị trí đượcđấy được coi là một mặt hạn chế Hiện nay chúng chỉ được quan tâm ứngdụng cho các thiết bị tốc độ rất cao

Độ

Động ng ng ccccơ ơ ơ 2 2 2 pha pha

Đối với một động cơ phản kháng chuyển mạch thì gợn momen xoán cao là

1 nhược điểm vô cùng lớn

Độ

Động ng ng ccccơ ơ ơ 3 3 3 pha pha

Các cấu trúc liên kết phổ biến nhất của một SRM 3 pha là hình thức 6/4( Ns=6 và Nr=4) Nó đại diện cho một sự thỏa hiệp tốt giữa điểm bắt đầu

momen xoắn và số pha Giải pháp thay thế máy điện 3 pha với số cực tănglên gấp đôi có thể là một giải pháp tốt hơn cho các thiết bị chạy ở tốc độ thấphơn

Độ

Động ng ng ccccơ ơ ơ 4 4 4 pha pha

Động cơ 4 pha được biết đến với việc giảm momen xoắn gợn Một sốlượng lớn các thiết bị điện tử công suất và việc kết nối được coi như là mộtnhược điểm lớn hạn chế động cơ 4 pha đến một ứng dụng cụ thể Một hạnchế thực tế để xem xét số pha lớn hơn là việc tăng các thiết bị chuyển đổidẫn theo tổng chi phí tăng lên

2.3

2.3 Nguy Nguy Nguyêêêên n n llllíííí ccccơ ơ ơ b b bả ả ản n n ccccủ ủ ủa a a độ độ động ng ng ccccơ ơ ơ ph ph phả ả ản n n kh kh khá á áng ng ng chuy chuy chuyểểểển n n m m mạ ạ ạch ch

Động cơ phản kháng chuyển mạch với rotor thụ động của nó có cấu tạo đơngiản Tuy nhiên, các giải pháp mô hình toán học của nó là tương đối khókhăn do tính phi tuyến của nó chiếm ưu thế lớn SRM được đặc trưng bởitính hình học của nó , các đặc tính của vật liệu từ tính và các thông số điện.Các mặt cắt ngang của một SRM được thể hiện trong hình 2.2

Việc lựa chọn số cực của rotor và stator Nr và Ns được thực hiện với khíacạnh hạnh chế một số mặt như : Sự biến dạng của rotor , khả năng củamomen xoắn sinh ra ở tất cả các vị trí rotor và việc hoặ động được ở cả 4góc phần tư của một chu kì Các mối quan hệ giữa tất cả những hạn chế này

sẽ được trình bày tại chương IV Số pha được xác định từ số cực của stator

và rotor như sau :

Khi số lượng cực được chọn , các thông số tiếp theo là statorβ s và rotorβ r

các vòng cung cực để giảm thiểu điện cảm , tối đa hóa tỉ lệ độ từ cảm , tránhvùng chết và cho phép hoạt động được ở cả 4 góc phần tư Góc quay của cáccực Stator và rotorαs và αr :

Hình 2.2 : Mặt cắt ngang của một SRM 4 Pha

Momen xoắn được tạo ra khi một pha được cấp năng lượng và mạch từ có

xu hướng chấp nhận một cấu hình của từ trở tối thiểu, i.e Các cực của rotorphải nằm thẳng hàng với các cực kích thích của stator để mà tối đa hóa độ từcảm các pha Khi động cơ là đối xứng , nó có nghìa rằng chu kì độ tự cảmmột pha là giữa các vị trí phù hợp và không phù hợp hoặc ngược lại ( Hình2.3 )

C

Cá á ácccc vi vi vi tr tr tríííí trung trung trung b b bìììình nh nh (L (L int ):

Tại các vị trí trung bình , cực rotor nằm ở giữa hai cực của stator Trongtrường hợp này sự cảm ứng là trung gian giữa các giá trị phù hợp và khôngphù hợp Nếu có sự chồng chéo lên nhau ở tất cả , thông lượng sẽ đượcchuyển hướng hoàn toàn sang các cực rotor ở gần hơn và con đường rò rỉthông lượng bắt đầu tăng tại các cực stator ở một phía

C

Cá á ácccc v v vịịịị tr tr tríííí kh kh khô ô ông ng ng ph ph phù ù ù h h hợ ợ ợp p p (L (L u ):

Ở các vị trí không phù hợp , từ tính phản kháng của đường dẫn thông lượng

đạt giá trị cao nhất là do khoảng cách không khí lớn giữa stator và rotor Sựcảm ứng ở mức tối thiểu của nó (Lminhoặc Lu) Không sinh ra momen xoắn ở

vị trí này khi đòng điện chảy ở một trong các pha liền kề Tuy nhiên , vị tríkhông phù hợp là một trong những trạng thái cân bằng kém ổn định

Về mặt toán học , điện cảm ở giai đoạn này có thể được xấp xỉ bằng:

Hình 2.3 cho thấy độ tự cảm lí tưởng của một pha là một hàm số của vị trírotor cho một cặp cực của stator Số lượng các chu kì của độ tự cảm biếnđổi trên mỗi vòng quay tỉ lệ thuận với số cặp cực của rotor và độ dài của cácchu kì bằng với chiều dài của mặt cực rotor trong thực tế , cực của rotorhình cung cong βr luôn luôn lớn hơn cực của statorβ s nếu Ns> Nr Giá trịcủa các khoảng thời gian α r− βr ở giữa những răng rotor lớn hơnβ sđể cógiá trị tối thiểu của độ từ cảm Lmincàng thấp càng tốt Để tính toán , giá trịkhoảng cách khe hở không khí được coi như là không đỏi trong khoảng thờigian mà các răng của rotor và stator là đối diện nhau

Phương trình của độ tự cảm có thể được viết lại như sau :

k là độ dốc trong vùng tăng của độ tự cảm :

Các momen xoắn được phát triển bởi một pha trong đó dòng điện có xuhướng di chuyển rotor theo một hướng để làm tăng độ tự cảm của pha ,i.e ở

vị trí phù hợp nhất Điều đó có nghĩa là các momen xoắn của động cơ chỉ cóthể được tạo ra theo hướng tăng của độ tự cảm Các momen xoắn tức thời rõràng là không liên tục , như được hiển thị thêm , tùy thuộc vào vị trí củarotor và dòng điện pha tức thời Lưu ý rằng các momen xoắn là độc lập vớihướng chạy của dòng điện Trạng thái đặc biệt này của động cơ phản khángchuyển mạch cần phải được thảo luận thêm

Phương án điểu khiển dựa trên đặc tính của momen xoắn-tốc độ (hình 2.4) Lawrenson (luật 80) mô tả ba phương thức hoạt động cơ bản của động cơphản kháng chuyển mạch dựa trên đặc tính tốc độ và momen xoắn Dòngđiện trong mạch stator được đóng và cắt sao cho phù hợp với vị trí của rotor Với hình thức điều khiển đơn giản nhất này , các động cơ phản kháng

chuyển mạch vốn dĩ phát triển các đặc điểm tốc độ momen xoắn đặc trưngcủa các máy một chiều

Hình 2.4 :Đặc tính momen- tốc độ của SRM

Chế độ đầu tiên này là một cái cơ bản với nguồn cấp điện áp cố định và cácgóc chuyển mạch cố định Những vùng hoạt động là vùng momen xoắnkhông đổi dưới tốc độ định mức Tốc độ cơ sở (ωb) được định nghĩa là tốc

độ cao nhất mà tại đó dòng điện tối đa có thể được cung cấp cho động cơ(Imax) ở điện áp định mức với góc chuyển mạch cố định Tất nhiên còn cómột họ đặc tính của các điện áp cung cấp khác nhau Ở tốc đọ nhất định thìthông lượng tỉ lệ thuận với điện áp U và momen xoắn thay đổi theo bìnhphương của dòng điện Nếu góc chuyển mạch cố định được duy trì ở tốc độ

ωb thì đọ giảm của momen xoán là 1/ω Đây là chế độ hoạt động quan trọng

thứ hai, khi máy hoạt động ở trên tốc độ cơ sở (ωb) Mỗi lựa chọn điều khiểncho động cơ phản kháng chuyển mạch là để giảm góc dẫn θc = θoff − θon ởđiện áp không đổi Trong chế độ này, máy phái điện được ứng dụng đầy đủcho các pha cho đếnθoff và giảm dòng điện

Có một giới hạn của việc tăng góc dẫn điện Nếu nó là tăng sao cho gócđóng tương ứng với các góc mở của chu kì tiếp theo ,sao đó mức đọ thônglương sẽ không trở về không ở cuối mỗi xung , trong trường hợp này , thônglương trong pha sẽ tăng cho đến khi cuộn dây trong máy trở nên bão hòa.Điều này tương ứng với tốc độ của rotor là ωp Chay trên tốc độ này thì độgiảm của việc tạo ra momen xoắn là 1/ω^2.

2.4

2.4 Ph Ph Phươ ươ ương ng ng ph ph phá á áp p p to to toá á án n n h h họ ọ ọcccc

Điện áp tức thời tại điểm đầu và cuối một pha của cuộn dây động cơ SRM

có liên quan đến thông lượng liên kết của cuộn dây đó Theo Tomko[ Tom98] các mối liên hẹ với thông lượng là một hàm hai biến của dòng điện

i và vị trí của rotor(góc θ) Mô hình toán học mô tả mạch tương đương chomột pha ( hình 2.5)

Hình 2.5: Mạch tương đương cho một pha

Với U là điện áp cung cấp , i là dòng điện pha , R là điện trở pha , Ψ là thônglượng liên kết và θ là các vị trí góc rotor

Biểu thức chung của momen xoắn là :

Nói chung các mô hình động lực học của đông cơ SRM được đặc trưng bởimối quan hệ vị trí góc của rotor và tốc độ góc :

Nó là một tập hợp của bốn phuong trình vi phân phi tuyến Giải pháp ở đây

là bỏ qua sự phi tuyến do bão hòa từ tính là :

Có thể được viết lại như là :

Các momen xoắn trung bình có thể được viết tùy theo số lượng pha củaSRM như sau:

Trong phần này , giả sử vùng làm việc là tuyến tính , giới hạn bởi giá trịbão hòa của dòng điện Imax

2.5

2.5 M M Mô ô ô h h hìììình nh nh h h hó ó óa a a SRM SRM

Momen xoắn trong một động cơ phản kháng chuyển mạch có thể được biếtđến như sự biến đổi năng lượng từ tính như là một hàm của vị trí rotor( nguyên tắc làm việc ảo ) Mối quan hệ này cũng được dùng để phân tích rơ

le điện từ , lực hút nam châm , thiết bị truyền động điện từ và thiết bị khác

2.5.1

2.5.1 Ph Ph Phâ â ân n n ttttíííích ch ch ph ph phươ ươ ương ng ng tr tr trìììình nh nh tuy tuy tuyếếếến n n ttttíííính nh nh ccccủ ủ ủa a a đ đ điiiiệệệện n n á á áp p p v v và à à momen momen momen xo xo xoắ ắ ắn n

Một phân tích tuyến tính giả định rằng độ từ cảm không bị ảnh hưởng bởidòng điện , như vậy không có bão hòa từ xảy ra Để đơn giản , nó cũngđược giả định rằng tất cả các từ thông qua khe hở không khí là theo hướngxuyên tâm , các khớp nối giữa các pha có thể bỏ qua , và ảnh hưởng của từthông chạy ở viền các cực cũng là không đáng kể Trong vùng tuyến tính thìphương trình của từ thông có đặc điểm là :

Trong đó L (θ) là độ tự cảm của một pha như là một hàm của góc θ Điện

áp Uilà :

Phương trình này cho thấy rằng khi rotor làm việc ở góc phần tư đầu tiên ,một phần điện đầu vào đã đi vào điện cảm và làm tăng năng lượng từ trườngđược lưu trữ trong điện cảm và các phần khác được biếnđổi thành năng lượng cơ học Như đã thấy trong hình 2.5 , mạch tươngđương được trang bị một khóa chuyển mạch tương trưng cho các phần tửđiện tử công suất Khi khóa S được đóng lại ,một phần của năng lượng từnguồn 1 (U) được chuyển đổi thành năng lượng cơ học đầu ra và một phầnkhác được tích trữ từ tính Khi S mở , một phận năng lượng từ tính đượctĩnh trữ chuyển sang nguồn thứ hai ( UR) ( Sạc , phục hồi năng lượng ) vàmột phần được biến đổi thành cơ năng

Khi một pha được cấp điện , một momen xoắn được sinh ra để giảm thiểu

sự phản kháng của các pha bằng các cách kéo các cực của rotor gần sát với

các cặp cực của stator tương ứng với pha đó Cơ năng đầu ra được sinh rabởi momen điện từ và tốc độ quay của rotor.

Từ đó momen xoắn thu được :

Ở công thức này cho thấy momen xoắn tỉ lệ thuận với bình phương củadòng điện , vì thế dòng điện có thể tạo ra momen xoắn theo một hướng Độdóc của điện cảm so với vị trí của rotor là đặc trưng cho hằng số momenxoắn

Khoảng (0, βs) và (βr, βs + βr) là khu vực có mô-men xoắn lớn Nhữngkhoảng thời gian phải càng lớn càng tốt Khoảng (βs, βr) là một vùng chếtcần thiết để thông lượng giảm xuống bằng không Khoảng (βs + βr, αr) đạidiện cho khoảng cách giữa cực -góc rotor và stator ở vị trí không phù hợp.Khi đó ta có :

Trên đồ thị , điều này có thể được hình dung như trong hình 2.6 Trongphân tích tuyến tính thì giá trị momen xoắn là một hàm bậc hai của dòngđiện Khi góc dẫn điện nằm trên điểm không độ dốc của điện cảm thì tạo ramột momen khác không Momen này có thể được tăng lên cho đến khi điện

áp pha đạt giá trị định mức UN , có nghĩa là đạt đến một tốc độ được địnhnghĩa là :

Hình 2.6 :Biểu diễn sự lí tưởng hóa việc tạo ro momen ở SRM

Tuân theo phương trình điện áp của một pha , đạo hàm của dòng điện pha

có thể được viết lại như sau :

Nó phụ thuộcvào dòng điện pha , vị trí của rotor, và tốc độ máy Gọi dòngđiện pha cực đại là Im, độ dốc tuyến tính của độ tự cảm là hằng số Kết quảgiá trị cực đại của back- EMF là hàm của tốc độ trục

Đặc tính tốc độ momen của động cơ phản kháng chuyển mạch có thể biểudiện toán học bằng cách xem xét phương thức hoạt động cơ bản Hai chế đọhoạt động cơ bản , được đặt tên là A và B có thể phụ thuộc vào tốc độ củamáy Chế độ A xảy ra khi điện áp cung cấp là lớn hơn back-EMF và chế độ

B xảy ra trong trường hợp ngược lại ( trên tốc độ cơ sở ) Hình 2.7 trình bàyđiện áp ,dòng điện , điện cảm một pha của động cơ phản kháng chuyển mạch

ở chế độ A và tương ứng hoạt động ở chế độ B

Trong chế độ A, điện áp sử dụng là lớn hơn sau đó bất kỳ giá trị nào củaback-EMF cho phạm vi tốc độ trục cũng trong khoảng [0 - ωb], đó là tươngđương với một dòng điện có thể được

Hình 2.7 : Phương thức hoạt động cơ bản cua SRM

thay đổi phụ thuộc vào điện áp băm xung mà ta áp dụng Việc chuyển mạchcác góc ( đóng hoặc mở ) được cố định ,phụ thuộc vào cấu hình của máy, vàcác điều khiển ràng buộc

Trong chế độ B , dòng điện bị giảm đi bởi vì điện áp của back-EMF là lớnhơn Ở đây các biến điều khiển là đóng mở góc Góc mở được điều khiển từthời điểm dòng khởi động ( thời điểm khi điện áp là định mức ) cho đến giátrị cực đại Góc đóng được điều khiển từ không đến giá trị tối đa ở tốc độcao và dòng điện lớn nhất có thể

2.5.2 Ph Ph Phâ â ân n n ttttíííích ch ch qu qu quá á á tr tr trìììình nh nh phi phi phi tuy tuy tuyếếếến n n ccccủ ủ ủa a a Momen Momen

Việc nghiên cứu động cơ phản kháng chuyển mạch luôn lản tránh câu hỏi

về sự ảnh hưởng của phi tuyến và các đặc điểm bão hòa từ của lõi thép Tuynhiên , một sự hiểu biết đúng đắn xử lí độ bão hòa từ la vô cùng cần thiết Phân tích như vậy được dựa trên đường cong từ hóa Một đường cong từ hóa

là một đường cong của thông lượng liên kết Ψ với dòng điện i tại một vị trírotor cụ thể ( hình 2.8)

Sự khác biết giữa đặc tính và ý tưởng là rất rõ ràng Hai đường cong từ hóaquan trọng nhất , " phù hợp " và " không phù hợp " có thể dễ dàng nhìn thấytrên hình 2.8 Ở vị trí phù hợp , đường cong tương tự như của cuộn cảm cólõi sắt với khe hở không khí Ở mật độ thông lượng thấp , các đường cong làtuyến tính Ảnh hưởng của bão hòa từ được quan sát thấy tại các mức độcủa dòng điện mà thông thường nó khá cao đối với việc hoạt động bìnhthường và do vậy những đường cong không phù hợp được giả định là đườngthẳng

Có hai hiệu ứng khác biệt của độ bão hòa Một là liên quan đến các giá trịcủa dòng điện pha , tương tự như các hiệu ứng bão hòa trong các loại máyđiện khác Tác động thư hai thì phụ thuộc vào vị trí của rotor và được gọi làhiệu ứng " cục bộ " Trong đông cơ phản kháng chuyển mạch cả hai hiệuứng này đều hiện diện và tương tác lẫn nhau , nhưng nó

Hình 2.8: Đường cong từ hóa của SRM

tác động có thể riêng biệt bằng các quan sát góc độ rotor riêng đầu tiên ảnhhưởng có thể quan sát tốt nhất cho vị trí phù hợp giữa các cực của stator vàrotor nơi không có ảnh hưởng của bão hòa cục bộ Tác động thứ hai là hiểnnhiên cho các vị trí rotor tương ứng với một phần chồng chéo của các cực

rotor và stator.Các hiệu ứng phi tuyến của mạch từ cũng được nhìn thấytrong hình 2.8.Trong phần tuyến tính ở bất kỳ vị trí đồng năng lượng, đạidiện bởi các khu vực bên dưới đường cong từ hóa,là bằng với năng lượngđược lưu trữ, Wf, đại diện bởi diện tích nằm trên đường cong từ hóa như( hình 2.9 ) :

Trong đó L (θ, i) đại diện cho điện cảm tại một giá trị dòng điện và một vị trí

cụ thể của rotor

Hình 2.9: Các hiệu ứng phi tuyến của một mạch từ

Cùng năng lượng được định nghĩa :

Các biểu thức chung nhất cho việc tạo ra momen bởi một pha tại bất kì vịt rínào của rotor được đua ra bởi sụ thay dổi từ tính của các đồng năng lượng( nguyên tắc làm việc ảo ) :

Thông thường , động cơ phản kháng chuyển mạch , có momen là cố địnhđược tạo ra trực tiêp từ các khu vực kín bởi thông lượng kiên kết / dòng điện(Ψ / i) của mỗi pha Các mô-men tức thời đại diện cho sự thay đổi côngΔWm tại dòng điện không đổi đói với một rotor dịch chuyển góc Δθ vô cùngnhỏ Điều này được minh họa trọng hinhg 2.10 Trong dịch chuyển có một

sự trao đổi năng lượng với nguồn cung cấp và đó cũng là một sự thay đổi

trong tích trữ năng lượng từ tính Dòng điện không đổi đảm bảo rằng trongviệc dịch chuyển như vậy thì cơ năng thực hiện công là chính xác và bằngvới sự thay đổi trong từ tính đồng năng lượng.

Hình 2.10: Xác định momen điện từ

Khi di chuyển rotor từ A đến B bằng một dịch chuyển nhỏ Δθ , ở dòng điệnkhông đổi thì máy điện trao đổi năng lượng với nguồn cấp :

Sự thay đổi lư trữ năng lương từ tính là :

Một phần công suất điện đầu vào làm gia tăng năng lượng từ trương đượclưu trữ trong điện cảm ( tự cảm ) Một phần khác được biết thành công suất

dụng phân tích các yếu tố hữu hạn và nó sẽ được tìm hiểu thêm ở trongchương IV.

Hình 2.11 : Đường cong momen của một động cơ bốn pha 8/6 SRM

Khi các cặp cực của rotor thẳng hàng chính xác với các cặp cực của statorđối với bất kì dòng điện nào chảy trong các pha thì cũng không có momensinh ra bởi vì rotor nằm ở một vị trí mà độ từ cảm là tối đa Như đã giải thíchtrước đó, để có momen thì phải tồn tại độ dốc của độ từ cảm

Hầu hết các lí thuyết cổ điển của việc điều khiển momen là đều dựa trêncác máy một chiều kích từ độc lập , trong đó thì momen tỉ lệ thuậ với thônglượng và dòng điện sinh ra Luật điều kiển các máy như vậy là dựa trên khảnăng điều khiển độc lập từ thông và dòng điện Nói chung , thông lương củacác máy DC và AC cổ điển được duy trì liên tục ,trong khi dòng điện thì biếnthiên để đáp ứng nhu cầu thay đổi momen Động cơ phản kháng chuyểnmạch là động cơ kích từ đơn và do đó "tính trực giao" của thông lượng vàdòng điện là rất khó để nhìn thấy Theo cách này , thì dòng điện phần ứng làkhông thể phân biệt được với dòng điện thực tế trong pha Do đó , không cóviệc áp dụng tương đương lí thuyết trường định hướng trong động cơ phảnkháng chuyển mạch

Momen của động cơ phản kháng chuyển mạch bao gồm một chuỗi cácxung và thông lượng trong mỗi pha thường được xây dựng lên từ 0 và sau đólại trở về 0 Để có thể điều khiển liên tục momen tức thời thì các sóng dòngđiện phải được điều chỉnh theo một mô hình toán học phức tạp của máy, nhưsau : Đối với một pha q và số cực rotor Nr của SRM, momen trung bìnhtrong một chu kì và hiệu suất sẽ là :

Các gợn sóng momen ( Tr) là :

Trong đó , Tmax,Tmin, Tavelần lượi là giá trị lớn nhất , giá trị nhở nhất, giá trịtrung bình của momen

2.6

2.6 B B Bộ ộ ộ truy truy truyềềềền n n chuy chuy chuyểểểển n n đổ đổ đổiiii v v và à à ho ho hoạ ạ ạtttt độ độ động ng ng ccccủ ủ ủa a a SRM SRM

Từ khi phát triển đến nay, nguyên tắc hoạt SRM là khá đơn giản : dòngđiện được truyền qua một cuộn dây stator , momen được tạo ra bởi xu hướngcủa rotor luôn muốn thẳng hàng với cực stator được kích thích Hướng củanhững momen được tạo ra là một hàm vị trí của rotor với các pha có điện vàđộc lập với hướng chảy của dòng điện qua cuộn dây pha Tiếp theo , momen

có thể được tạo ra bằng cách đồng bộ mỗi pha kích thích vaosi vị trí củarotor Lượng dòng điện chảy qua cuộn dây được điều khiển bởi việc đốngcắt các thiết bị điện tử công suất như MOSFETs hoặc IGBTs Cấu trúc liênkết của bộ chuyển đổi điện tử công suất là vấn đề quan trong trong việc điềukhiển động cơ phản kháng chuyển mạch bởi vì nó chủ yếu là mệnh lệnh nhưthế nào để có thể điều khiển được động cơ Trong những năm qua , các bộchuyển đổi khác nhau được dùng trong bộ truyền của SRM đã được pháttriển trong phòng thí nghiệm nghiên cứu

2.6.1

2.6.1 Đ Đ Điiiiềềềều u u khi khi khiểểểển n n kho kho khoả ả ảng ng ng th th thờ ờ ờiiii gian gian gian v v và à à g g gó ó ócccc chuy chuy chuyểểểển n n m m mạ ạ ạch ch

Như đã thấy trước đây, việc tạo ra momen của động cơ phản kháng chuyểnmạch phụ thuộc nhiều vào vị trí của rotor và dòng điện pha Trong phân tíchtuyến tính , ảnh hưởng của phi tuyến bỏ qua tính chất bão hòa Sự phụ thuộcnày ảnh hưởng đến phương pháp điều khiển của máy

Trong thực tế , một nguồn điện áp DC cung cấp cho SRM,thường áp dụngcho động cơ hai cấp điện áp ( UN, -UN) Để mà truyền động cho một động

cơ SRM thì 3 góc đươc xác định để phân chia thời gian thành bốn khoảngthời gian : khởi động ,cắt , " tắt "và còn lại Hình 2.12 cho thấy bốn khoảngthời gian (hoạt động góc phần tư đầu tiên) là một hàm của vị trí rotor Bốnkhoảng thời gian nằm giữa ba góc quan trọng là :θon,θoff,và θext Sự chênhlệch giữa góc đóng và góc mở gọi là góc dừng Khoảng thời gian điều khiểnđầu ra cho bốn giá trị 1,2,3 và 4 như là một hàm của các vị trí rotor

Hình 2.12: Khoảng thời gian điều khiển SRM

Dòng khởi động ( giá trị đầu ra 4) và cắt( giá trị đầu ra 1) khoảng thời giannằm giữa θon và θoff Tại θon, điện áp cung cấp là hoàn toàn trên các phathúc đẩy sự gia tăng dòng điện pha Khoảng thời gian cắt được được bắt đầu

từ thời điểm dòng điện đạt đến giá trị định mức tôi đa của nó ( được tạo nênbởi việc điiều khiển hoặc theo cách tự nhiên là bão hòa dòng điện Im) Độchênh lệch góc (θoff - θon) được gọi là khoảng dẫn của các pha và độ rộngcủa nó là từ 0 đến βs để ngăn chặn sự phân chia dòng điện giữa hai pha liềnkề

Khi tăng tốc độ động cơ ,back-EMF trở nên quan trọng và nó là cần thiết đểthúc đẩy các góc chuyển mạch nhằm đạt được các dòng điện tham chiếu ởcuộn dây pha trước khi các cực bắt đầu chồng lên nhau Một thuật toán đểtính chính xác góc pha đã được thực hiện , bỏ qua điện trở và điện áp rơi trênđiện trở Ricủa cuận dây stator và động cơ back-EMF trong (2.11).Các giá trịyêu cầu của dòng điện đạt được tại thời điểm βs bằng cách tính toán giá trịcủa θ1 sử dụng (2.11) trong đó i (βs) là giá trị của dòng điện βs và L là điệncảm (Lmin động cơ hoặc Lmax cho máy phát hoạt động ).Đây là khoảngthời gian khởi động Các đầu ra của bộ điều khiển khoảng thời gian là 4

Để tránh các gợn momen, cho chế độ động cơ và chế độ máy phát, việc

nâng cao góc mở có một giới hạn áp đặt bởi dạng hình học của động cơ.Trong chế độ động cơ , tăng góc mở tối đa bị hạn chế bởi kích thước góc củacác vị trí không phù hợp Trong chế độ máy phát, việc bị hán chế là do kíchthước góc của các vị trí phù hợp.

Khoảng thời gian tắt (đầu ra của bộ điều khiển khoảng thời gian là 2) kéodài từ góc đóng, θoff, để góc tắt, θext.Tại θoff một điện áp ngược được đặt

để loại bỏ dòng điện một cách nhanh chóng Sự tồn tại của dòng điện trongcác pha trong khoảng thời gian không tồn tại độ dốc của độ tự cảm nghĩa làkhông tồn tại momen θext ≤ βr Hệ thống sẽ phát hiện ngay lập tức khi dòngđiện đạt đến 0 và tự động chuyển đến khoảng thời gian tiếp theo ,thậm chínếu khoảng thời gian θext vẫn chưa đạt được

Khoảng thời gian còn lại (giá trị đầu ra 3) kéo dài từ θext đến θon + αr.Chuyển mạch S sẽ mở và không có dòng điện chạy trong mạch của các pha.Một vấn đề lớn có thể ngay lập tức khi khoảng thời gian cắt( dòng điện lớntrong cuộn dây ) trở thành khoảng thời gian còn lại, lúc đó khóa chuyểnmạch S được mở Điều này có thể do sự thay đổi đột ngột trong chiều quaycủa cơ cấu truyền động làm cho momen biến mất Trong trừng hợp này độdốc của độ từ cảm là tồn tại , dòng điện không phải bằng không và điện ápthì cũng không phải bằng 0 , không thể điều khiển được độ tăng của dòngđiện Ở đây giải pháp là biến đổi phần tự nhiên còn lại thành khoảng thờigian tắt để không phụ thuộc vào vị trí của rotor Quá trình này là không dễ.Trong khi động cơ phản kháng chuyển mạch tiếp tục quay, mà có thể kíchthích thay đổi một khoảng thời gian

Một chu kì hoạt động của SRM bao gồm việc cung cấp năng lượng cho pha

đó, mà không thay đổi dòng điện Khi pha được cấp điện theo chiều kimđồng hồ, một momen bé ngược chiều kim đồng hồ được tạo ra bàng cáchkéo các cặp cực của rotor sao cho tương thích với các pha của stator Hướngngược chiều kim đồng hồ được coi là tích cực

Hình 2.13: Momen của SRM ( phân tích tuyến tính)

Hình 2.13a là trạng thái hoạt động lí tưởng Các dòng i, tăng trong khoảngthời gian không đổi, L = Lmin ,đạt giá trị tối đa trong suốt khoảng thời giantăng L Nó sẽ giảm và trở về 0 trong khoảng thời giai giá trị tối đa củaL=Lmax

Hình 2.13b cho thấy một giai đoạn hoạt động không tốt : Dòng điện khôngđạt được giá trị tối đa của nó khi mà L bắt đầu tăng Một momen ngượcchiều được sinh ra nếu dòng điện không bằng 0 trong khi độ dốc của độ tựcảm cũng có giá trị âm

Một quá trình hãm được trình bày trong hình 2.13c : khóa chuyển mạch Sđang được mở trong khoảng thời gian giảm của L

Các cuộc thảo luận cho đến nay đã chỉ ra sự tồn tại của ba góc mà chi phốiviệc điều khiển đông cơ phản kháng chuyển mạch : góc mở , góc đóng vàgóc tắt Kể từ khi momen của SRM được coi là độc lập với sự phân cực củadòng điện kích thích thì SRM chỉ cần một chuyển mạch cho mỗi cuộn dâypha Các cấu trúc chuyển đổi khác nhau tồn tại , và mỗi một cái lại có ưunhược điểm riêng của nó Trong một động cơ điển hình , tập quỹ tích cácđiểm hoạt động [i, Ψ] được thể hiện trên một đường cong tương tự như tronghình 2.14c( dòng điện đối với các vị trí của rotor ) Trong cùng một hình ,các đường cong điện cảm cho một dòng điện không đổi được thể hiện saocho toàn bộ quá trình rõ ràng hơn

Tại A khóa chuyển mạch điện tử công suất ở vị trí mở , dòng điện bắt đầuchảy vào cuộn day của các pha Nó tăng đến góc B nơi nó đạt giá trị thamchiếu của nó Thông thường góc này trùng với việc khởi đầu cho việc chồng

lên nhau của các cực rotor và stator Tại góc đóng C điện áp cung cấp đượcđảo ngược và dòng điện được thông qua một chiều qua các diode.

Hình 2.14: Phân tích các vòng lặp biến đổi năng lượng

Tại C năng lượng tích lũy từ việc cung cấp bằng với tổng diện tích

W = Wm + Wsme ( hình 2.14a).Năng lượng từ tính được lưu trữ bằng

Wsme.Các khu vực kín giữa đường cong ABC và đường cong từ hóa

θC đại diện cho Wm công cơ học thực hiện trong khoảng thời gian dẫn củakhóa chuyển mạch điện tử công suất

Khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng bắt đầu sau điểm chuyểnmạch C,và được biểu diễn bởi các khu vực kín giữa đường cong từ hóa θc vàđường cong CD (hình 2.14b).Việc cung cấp điện áp được đảo ngược và nănglượng WD được giải phóng Trong khoảng thời gian trả năng lượng phảnkháng , dòng điện vẫn chảy vào các cuộn dây pha, điều đó rõ ràng là tạo ramomen Trong trường hợp này, vùng WmD đang thể hiện khả năng thực hiệncông cơ học.Về mặt toán học, điều này có thể được biểu diễn như sau: WmD

= Wsme -WD

Một sự cân bằng năng lượng thô có thể được khấu trừ bằng đồ họa Kết quảcho thấy rằng tại mỗi chu kì tổng công cơ học được thực hiện trong thiết bị

điện tử công suất và thời gian diode trả năng lương phản kháng chiếmkhoảng 2/3 năng lượng cung cấp, trong khi năng lượng còn lại được trả lạicho nguồn cung cấp Như đã thấy, việc sử dụng góc trả năng lượng phảnkháng là không cần thiết cho việc điều khiển động cơ phản kháng chuyểnmạch Lợi thế duy nhất của nó là cải thiện hiệu quả sử dụng năng lượng Tuynhiên, lợi thế này có những hạn chế của nó bởi các gợn momen được tạo ratrong thời gian trả năng lượng phản kháng.Nếu không có một điện áp đảongược hoàn toàn ngay sau khi đóng góc C, thì thời gian cần thiết cho dòngđiện về 0 là cao hơn Đối với tốc độ cao , điều này có thể kích thích tạo raloại momen âm và cái giá phải trả là rất đáng kể

2.6.2 2.6.2 Ho Ho Hoạ ạ ạtttt độ độ động ng ng ở ở ở b b bố ố ốn n n g g gó ó ócccc ph ph phầ ầ ần n n ttttư ư

Các ứng dụng đòi hỏi tốc độ thay đổi là một hoạt động bốn góc phần tư.Động cơ phản kháng chuyển mạch cho phép điều khiển theo kiểu này.Ưuđiểm của SRM là động cơ quay thuận , quay nghịch lẫn hãm không phụthuộc vào chiều của dòng điện chảy trong các cuộn dây pha , nhưng chỉ trêncác vị trí của rotor ( hình 2.15)

Động cơ liên tục đòi hỏi một momen điện từ dương trong quá trình vậnđộng liên tục và được phát triển khi bốn cuộn dây pha của động cơ là chuyểnmạch trong trình tự A, B, C, D trong vùng độ tự cảm tăng của chính nó Đảongược động cơ , tương tự cần momen điện từ âm trong quá trình đảo ngượchướng quay và thu được bằng cách kích thích các pha cuộn dây trong đảongược chuyển mạch trình tự B, A, D, C, một lần nữa trong thời gian tăng củavùng độ tự cảm.Một hành động hãm đòi hỏi mômen điện ngược đối vớihướng xoay thực tế Liên tục hãm yêu cầu chuyển mạch trình tự để có A, B,

C, D trong vùng giảm của độ tự cảm.Trong khi đảo ngược hãm được thựchiện bởi các trình tự B, A, D, C trong thời gian giảm vùng tự cảm của cuộndây pha

2.6.3 2.6.3 Độ Độ Động ng ng llllự ự ựcccc ho ho hoạ ạ ạtttt độ độ động ng

Tóm tắt những cuộc thảo luận trước đó, điều khiển động cơ phản khángchuyển mạch có thể dùng dòng điện pha một chiều, và quá trình làm việcbao gồm 4 khoảng thời gian:

Khoảng thời gian đầu nơi điện áp dương lớn nhất ; nó kéo dài từ khoảnggóc mở thêm đến góc mở ban đầu (θonadv - θon);

Hình 2.15: Hoạt động trong bốn góc phần tư của SRM

Khoảng thời gian cắt hoặc đơn xung nó kéo dài từ góc mở đển góc đóng(θon-θoff) , trong khoảng thời gian cắt , dòng điện pha được điều khiển bằngcách cắt các máy phát điện DC cung cấp, trong khoảng thời gian xung dươngthì cung cấp các điện áp dương

Khoảng thời gian tắt , nơi mà điện áp DC hoàn toàn là điện áp ngược quacác pha để lọa bỏ dòng điện một cách nhanh chóng Nó kéo dài từ góc đóngđến góc tắt (θoff - θext)

Khoảng thời gian còn lại nơi mà các pha mở và không có dòng điện chạyqua

Tùy thuộc vào các lựu chọn, có thể có 5 khoảng thời gian được xem xét đó

là thêm khoảng thời gian trả năng lượng phản kháng Nó không góp phầnvào việc điều khiển của máy và muc đích duy nhất của nó là tăng độ hiệuquả làm việc và nó được dùng để trả lại năng lượng cung cấp thông quadiode Nó kéo dài từ góc trả năng lượng phản kháng đến góc đóng(θfrwheel-

Thông lượng trong động cơ phản kháng chuyển mạch là thay đổi , nhưng

nó phải bắt đầu từ 0 trong mỗi một chu kì Chuyển mạch điện áp trên tại góc

mở và góc đống ở góc độ điều khiển quá trình Dòng điện điều khiển đượctạo nên bởi điều khiển vòng kín bằng băm xung sử dụng PWM hoặc điềukhiển hiện tương trễ chuyển mạch của bộ chuyển đổi Các cấu trúc điềukhiển dòng điện là khác nhau, tùy thuộc lựa chọn vào cách chuyển mạch

Đ Điiiiềềềều u u khi khi khiểểểển n n d d dò ò òng ng ng đ đ điiiiệệệện n n b b bằ ằ ằng ng ng PWM PWM

Việc lựa chọn phương pháp điều chế độ rộng xung là một vấn đề quantrọng trong điều khiển SRM vì nó sẽ ra lệnh như thế nào đó để động cơ cóthể được điều khiển Phương pháp điều chế độ rộng xung cũng liên quantrực tiếp đến cấu trúc bộ biến đổi điện tử công suất Giả sử rằng mỗi pha củaSRM có thể được điều khiển độc lập , như vậy sẽ cần là ba bộ PWM

Hoạt động của xung đơn

Mỗi pha phải được nạp năng lượng tại góc mở và phải ngắt tại góc đóngcủa nó Vì không có sự điều khiển của dòng điện và có sự gia tăng mạnh về

tỉ lệ dòng điện biến thiên , thì các bộ PWM được sử dụng trong khoảng thờigian nhất định để có được dòng điện mong muốn là bé Thông thường, hoạtđộng đơn xung được sử dụng ở tốc độ cao

Quá trình băm xung điện áp

Quá trình băn xung điện áp được sử dụng cho việc điều khiển dòng điện ởtốc độ thấp Phương pháp PWM hoạt động với một tần số băm xung cố định.Trong trường hợp này ,điện áp cung cấp là điện áp băm xung với tần số cốđịnh, như vậy cả dòng điện và độ biến thiên dòng điện có thể được điềukhiển

Quá trình băm xung điện áp có thể được tách thành hai chế độ : chế độ bămcứng và băm mềm Đặt d = ton/ T trong đó Tonlà thời gian mở và T là chu kìcủa tần số băm điện áp Độ rộng của PWM được xác định bằng cách so sánhdòng điện pha đo được và dòng điện dùng để tham chiếu ( hình 2.6)

Hình 2.6

K là hệ số có lợi và phụ thuộc vào các thông số của động cơ Nếu xem xét

"S" là số bước cho phép trong một chu kì PWM thì hệ số độ lợi K có thểđược xác định Tham số Δi phụ thuộc vào động cơ và các loại bộ biến đổi Khi đó hệ số có lợi K được xác định như sau :

Krishnan trong [Kri 01] cho thấy rằng để có được một đáp ứng tốc độ caothì giá trị của nó nằm trong khoảng từ 30 đến 70

Qu Quá á á tr tr trìììình nh nh b b bă ă ăm m m xung xung xung d d dò ò òng ng ng đ đ điiiiệệệện n

Băm xung dòng điện là một loại điều khiển dòng điện trễ mà trong đố điện

á cung cấp được băm nhỏ tùy theo dòng điện là lớn hơn hay nhỏ hơn một giátrị được lấy làm tham chiếu Ở tốc độ thấp dòng điện được điều khiển bằngviệc sử dụng điều khiển băm xung Để giữ cho dòng điện đủ gần với giá trịtham chiếu của nó thì hàm chuyển mạch được định nghĩa là :

Các điiều kiện tồn tại của chế độ trượt là :

và

Điện áp pha được điều chế như sau :

Băm cứng:

Băm mềm :

Các điện áp tương đương với dòng điện không đổi (dσi / = 0) là:

Bộ điều khiển trễ được sử dụng đẻ hạn chế dòng điện pha trong một nhómtrễ có giá trị cho trước Khi điện áp cung cấp là cố định, kết quả thu được làtần số chuyển mạch thay đổi cung như sai số dòng điện là thay đổi Bămxung dòng điện là không cố định tần số Phương pháp PWM này là thườngđược thực hiện trong các động cơ , nơi mà tốc độ động cơ và tải không thayđổi quá nhiều, do đó sự sai lệch khi chuyển mạch là bé Như đã thấy trướcđây, cả hai phương án chặt cứng và chặt mềm có thể thực hiện được Bộ điềukhiển trễ thực hiện các chuyển mạch logic cho từng pha một( hình 2.17).Lưu ý rằng các quá trình được miêu tả trong hình là băm mềm, điện áp đầu

ra có hai giá trị + Udcvà 0 Một quá trình tương tự có thể đạt được bằng cáchchuyển điện áp đầu ra giữa + Udcvà -Udc

Hình 2.17: Điều khiển dong điện sủ dụng hiện tượng trễ PWM

Bộ điều khiển trễ đơn giản duy trì dòng điện ở giưa giới hạn trên và giớihạn dưới của nhóm trễ Khi điện áp cung cấp là cố định thì các kết quả thuđược là tần số chuyển mạch giảm khi tăng độ tự cảm của cạc cuộn dây

pha.Kỹ thuật điều khiển này chỉ có giá trị cho một động cơ SRM hoạt động

ở chế độ A,và điện áp dc là lớn hơn so với back-EMF Điều khiển hiện tượngtrễ cho phép nhanh chóng thay đổi dòng điện pha của động cơ và momencủa động cơ

B Bă ă ăm m m ccccứ ứ ứng ng ng ho ho hoặ ặ ặcccc b b bă ă ăm m m m m mềềềềm m

Băm xung là cần thiết để kiểm soát dòng điện tốc độ thấp Đến nay nó đãđược chứng minh rằng băm xung các nguồn cung cấp để sử dụng cho cácPWM là khác nhau để có thể điều khiển dòng điện pha Các điện áp có thểđược băm nhỏ ở giưa ba giá trị xác định như :

2.6.

2.6.Độ Độ Động ng ng ccccơ ơ ơ ph ph phả ả ản n n kh kh khá á áng ng ng chuy chuy chuyểểểển n n m m mạ ạ ạch- ch- ch-Đ Đ Điiiiềềềều u u ch ch chỉỉỉỉnh nh nh v v và à à ch ch chếếếế độ độ độ llllà à àm m m vi vi việệệệcccc

Chuyển đổi điện áp từ đủ điện áp dương và 0 được gọi là cắt mềm (Hình2.18a.) Cắt cứng (hình 2.18b.) Bao gồm trong chuyển đổi cấp điện áp giữađiện áp dương và điện áp âm Điều khiển này đặt nhiều gợn sóng vào liênkết dc tụ điện, do đó làm giảm tuổi thọ của nó và tăng tổn thất chuyển mạchcủa các thiết bị chuyển mạch điện do chuyển đổi thường xuyên cần thiết choviệc trao đổi năng lượng Điều này có thể được cải thiện bằng cách thay thếmột chiến lược chuyển đổi [Kir 01] Khoảng thời gian cắt là tổng hợp giữa

ba khoảng thời gian khác nhau

Hình 2.18: Điều khiển dòn cắt cứng và mềmNếu tần số chuyển mạch vẫn không đổi, băm xung làm tăng gợn hiện bởimột yếu tố lớn Miller [Mil 93] cho thấy rằng sự gia tăng tiêu biểu là mộtyếu tố giữa 5 và 10 Đây là lý do phương pháp điều khiển này là khôngmong muốn cho hoạt động xe hơi Tuy nhiên, trong việc tạo ra hay hoạtđộng phanh, nó có thể là cần thiết vì chỉ có các phương thức khả thi để kiểmsoát dòng diện Kinh nghiệm cho thấy, cắt mềm tạo ra âm thanh thấp hơntiếng ồn ít EMI Nó cũng làm giảm dc gợn dòng điện trong việc cung cấp

và làm giảm đáng kể các yêu cầu cho bộ lọc điện dung

2.4.6.Chuy

2.4.6.Chuyểểểển n n đổ đổ đổiiii ccccấ ấ ấu u u ttttạ ạ ạo o o cho cho cho Đ Đ ĐCPKCM(SRM CPKCM(SRM CPKCM(SRM)

Các vấn đề của cấu trúc chuyển đổi cho SRM không được đề cập trong cáctài liệu,tương đối ít được công bố về sự phát triển của họ Hầu hết các tác giảtập trung vào việc phát triển các phương pháp điều chỉnh, xem xét việcchuyển đổi là lý tưởng, do đó thực tế bỏ qua nó trong quá trình phân tích của

họ Mục tiêu của việc này làm việc là để tổng hợp, từ những kiến thức củacác thông số kỹ thuật, cấu trúc của một công cụ chuyển đổi năng lượng điện

tử có phương pháp điều chỉnh các SRM phù hợp để các quy định, khoảngthời gian và góc độ chuyển đổi phát triển trước đây Trong phần này,mụcđích là để tìm cách đơn giản mà không sử dụng số liệu thực nghiệm, kết cấucủa bộ chuyển đổi mà câu trả lời tốt nhất các yêu cầu đặt ra.Điều khiển dòng

trễ được xem xét ở đây do sự đơn giản của nó trong khái niệm và thực hiện.

Vì vậy, nó là cần thiết để xác định:

• Cấu trúc của bộ chuyển đổi, tức là số lượng và vị trí của thiết bịchuyển mạch

• Các đặc tính tĩnh và động của các thiết bị chuyển mạch

Cần thiết để biết các đặc tính của các nguồn cung cấp dc và một sốcác loại thiết bị chuyển mạch điện tử công suất Pin có thể cung cấp và nhậnđược năng lượng.Nó là một nguồn điện áp đảo chiều Các cuộn dây của mộtpha động cơ điện là hồi phục dòng điện nguồn Trong thời gian hoạt động,chuyển đổi kết nối thông qua các thiết bị chuyển mạch nguồn bảo đảm vàkiểm soát sự trao đổi năng lượng.Để thực hiện những liên kết này, một sốlượng nhất định các quy tắc đã được tuân thủ

• Nguồn điện áp không bao giờ để ngắn mạch, nhưng nó có thể đượcmở

• Ngắn mạch của một nguồn dòng không được hờ mạch, nhưng nó cóthể được ngắn mạch

• Hai nguồn có cùng tính chất không bao giờ được kết nối

• Chỉ có một nguồn dòng và một nguồn điện áp có thể được kết nối.Phù hợp với Foch et al [FOC 88], các nguồn đầu vào và đầu ra của mộtChuyển đổi được đặc trưng (điện áp hoặc nguồn dòng, sự đảo ngược) vàquy tắc liên kết nối các nguồn đã biết, cấu trúc chuyển đổi có thể được khấutrừ Nó được gọi là sơ đồ cấu hình cơ bản đó, không có giả định các đặc tínhcủa các thiết bị chuyển mạch, cho phép tất cả các mối liên kết có thể có giữamột đầu vào cho sản lượng và nguồn Trong trường hợp của một SRM, cácnguồn đầu vào và đầu ra có tính chất khác nhau, do đó một kết nối trực tiếpcấu hình sẽ được sử dụng

Nối lại, vấn đề để giải quyết là: các nguồn đầu vào là một nguồn điện

áp và các nguồn đầu ra một nguồn hiện tại, đó là các kết nối khác nhau khảnăng của hai nguồn này và đó là cơ cấu mà làm cho nó có thể thực hiện tất

cả các mối liên kết? Có hai nguồn và các quy tắc được trình bày trước đây,các kết nối của Hình 2.19 là thực hiện được:

• để đấu trong một chiều đầu vào và nguồn đầu ra (hình I)

• để đấu theo cách ngược lại các đầu vào và các nguồn đầu ra (hình II)

• để tách cả hai bằng cách mở nguồn điện áp và bởi ngắn mạch

các nguồn dòng (hình III)

Hình 2.19: Khả năng kết nối của một điện áp và nguồn dòng.

Cần lưu ý rằng, ba mối liên kết là cần thiết để cho phép tất cả các trao đổi vàđiều khiển các dòng chảy năng lượng giữa điện áp và nguồn dòng.Nếu cảphần tử phải được thực hiện mà không cần sử dụng một công cụ chuyển đổiđiểm giữa topo, các giải pháp đơn giản nhất là sử dụng một bốn công tắc cầutopology (Hình 2.20)

K1 và K3 đóng cho phần tử I;

• K2 và K4 đóng cho phần tử II;

• K1 và K4 đóng hoặc K2 và K3 đóng cho phần tử III

Hình 2.20: Cấu hình cơ sở của một điện áp - Chuyển đổi dòng điện

Sơ đồ này sẽ được xem xét từ bây giờ như là cấu hình cơ bản cho bộchuyển đổi động cơ từ trở chuyển Như một quan sát, một công cụ chuyểnđổi trực tiếplà một mạch điện được thực hiện duy nhất của thiết bị chuyểnmạch Nó là không thể lưu trữ năng lượng,chuyển giao năng lượng đangđược thực hiện trực tiếp từ đầu vào đến đầu ra Nếu lỗ trong bộ chuyển đổiđang bị bỏ quên, đầu vào và công suất ra đều bình đẳng tại mỗi.Việc kiểmsoát hiện tại trong chuyển động cơ từ trở được thực hiện bằng cách cắt các

đã cung cấp điện áp giữa ba giá trị: + UDC, 0, và -Udc Kể từ khi mô-menxoắn động cơ từ trở chuyển độc lập với phân cực hiện kích thích,các hướngcủa dòng chảy vào các cuộn dây pha sẽ giống nhau ở tất cả các trường hợp.Động cơ và phanh hoạt động bốn góc phần tư được thực hiện trong cùng mộtcách, sự khác biệt được đưa ra bởi ngay lập tức khi điện áp được áp