Phân tích đặc tính động của hệ truyền động ứng dụng động cơ từ kháng LSRM 2 trục sử dụng mô hình 2 trục d - q

Ki ểu động cơ 2 trục LSRM

Phần điện của 3 pha đấu Y kết nối LSRM được viết dưới dạng phương trình điện áp (1) và phương trình (2). Lgo (5) và Lg2 là giá trị trung bình và cường độ của thành phần sóng hài bậc hai của từ thông móc vòng đi qua khe không khí. 2 (1.6) N: chỉ ra số lần quay của cuộn dây trên phần chính trong khi Rmg chỉ ra độ từ kháng nhỏ nhất và lớn nhất.

Trục trực tiếp d và trục q của kiểu LSRM 2 trục được xác định bởi trục nhỏ nhất và lớn nhất của độ tự cảm, mô hình 2 trục d – q của LSRM có thể nhận được từ kiểu 3 pha bằng cách thay thế vectơ dòng điện và điện áp (iabc và uabc) trong (1) và (2) với biểu thức bên phải (7). Thành phần dòng điện io bằng 0 vì động cơ đấu Y và được bỏ đi trong các biểu thức sau. Mô hình kiểu động học 2 trục của LSRM thu được mô tả trong phương trình điện áp (9) và phương trình lực (10) và phương trình (11) cho thấy sự chuyển động của phần chính.

Mô hình kiểu động học 2 trục của động cơ LSRM được mô tả trên thường được sử dụng như là một nền tảng cho cấu tạo, sự thiết kế điều khiển tuyến tính. Tính phi tuyến của mạch từ trên trục d - q và tính không đối xứng tại hai đầu LSRM không được tính đến trong mô hình này.

Nh ận dạng các tham số thực nghiệm

Hoàn toàn khác biệt với Rotor của các loại máy điện khác, Rotor của SRM không chứa các cuộn dây và được chế tạo bằng vật liệu sắt từ có xẻ răng (teeth) với tổng số răng bao giờ cũng ít hơn tổng số cực của Stator, việc chế tạo này hoàn toàn dựa nguyên tắc hoạt động của SRM sẽ được đề cập đến ở phần sau. Động cơ từ kháng có thể được cấp nguồn bằng cách đóng vào nguồn xoay chiều một pha hoặc ba pha, hoặc có thể đóng ngắt nguồn một chiều một cách độc lập và tuần tự vào các cuộc dây pha Stator, việc sử dụng phương pháp đóng ngắt nguồn một chiều một cách độc lập và tuần tự vào từng cặp dây pha làm giảm được 50% số lượng các phần tử chuyển. Một hệ truyền động sử dụng SRM vốn sẵn có tính ổn định cao và vẫn có thể hoạt động khi hệ truyền động gặp lỗi, SRM có thể hoạt động trong chế độ “limp - home” bằng cách thu nhỏ đặc tính làm việc khi một van công suất bị hỏng.

Hơn nữa, một hệ truyền động Servo chất lượng cao cần phải đáp ứng được những yêu cầu cao hơn như giảm thiểu được Momen lắc, đáp ứng quá độ nhanh, tăng tính ổn định, khả năng làm việc ở tốc độ 0 và đảo chiều êm. Việc ứng dụng phương pháp điều khiển Vector (phương pháp điều khiển tựa theo từ thông Rotor), các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ ba pha hay động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu cũng thu được những đặc tính làm việc có chất lượng như hệ truyền động động cơ một chiều. Để đảm bảo rằng SRM có thể khởi động được ở bất kỳ vị trí nào của Rotor và đảm bảo Momen sinh ra đều mỗi khi chuyển mạch giữa các cuộn dây pha Stator, người ta chế tạo các SRM có nhiều cực ở cả phía Rotor và Stator là không giống nhau và số đôi cực của Stator bao giờ cũng nhiều hơn số đôi cực Rotor.

Khi một cuộn dây pha được dẫn dòng, Rotor của SRM luôn có xu hướng chuyển động về phía cực Stator có cuộn dây dẫn dòng để có giá trị điện cảm là lớn nhất (vị trí đồng trục) và điều này làm cho từ năng trong cuộn dây đạt giá trị lớn nhất. Trong hình 2.4 giả thiết rằng: tại một thời điểm 0 (lúc bắt đầu cuộn dây pha được cấp nguồn), Rotor nằm ở vị trí mất đồng trục, theo như định nghĩa ở trên, Rotor sẽ bị kéo chuyển động về phía cực của pha đang dẫn dòng để đạt được trạng thái đồng trục, lúc này nếu ngắt dòng pha 1(is1= 0) và pha 4 được cấp nguồn khi đó Roto r tiếp tục được kéo về vị trí đồng trục (theo hình 2.4 b) và như vậy Rotor sẽ được giữ nguyên chiều quay (theo chiều kim đồng hồ) tính theo vị trí mất đồng trục hiện thời tới vị trí đồng trục gần nhất (hình 2.4 b) và như vậy Rotor lại ở vị trí mất đồng trụ c so với pha 3 và pha 3 được cấp nguồn thay vì pha 4 sẽ đảm bảo rằng Rotor sẽ được duy trì chiều quay cố định (hình 2.4d). Như đã đề cập ở trên, khi một cuộn dây pha Stator được đóng vào nguồn và rừ ràng Momen sinh ra sẽ kộo Rotor chuyển động theo một hướng làm điện cảm tăng dần cho tới khi giá trị của điện cảm là lớn nhất (tương ứng với vị trí đ ồng trục).

Giả thiết rằng khụng cú hiện tượng từ dư trong lừi thộp và khụng xét tới chiều của dòng điện chảy trong cuộn dây pha của SRM thì Momen luôn có chiều hướng kéo Rotor chuyển động về vị trí đồng trục gần nhất. Và một lưu ý nữa là cuộn dây pha Stator tích cực phải được ngắt ra khỏi nguồn trước khi quá trình tăng điện cảm trong cuộn dây này kết thúc (đối với chế độ động cơ) vì như thế dòng điện có thể giảm nhanh về 0 và tránh tạo ra Momen âm không mong muốn. Tuy nhiên ta chỉ có thể mở rộng bề rộng xung quanh áp đặt lên cuộn dây pha Stator cho tới khi dòng điện trong cuộn dây Stator đạt tới giá trị giới hạn, khi đó Momen của động cơ là cực đại và tốc độ của động cơ đạt tới giá trị tốc độ cơ bản.

Mặc dù SRM có cấu tạo cũng như hoạt động theo một nguyên tắc khá đơn giản nhưng việc phân tích một cách chính xác hoạt động của SRM vẫn yêu cầu mô tả toán học các mối quan hệ giữa tham số (như điện áp, dòng điện, từ thông, Momen…) một cách đầy đủ và chuẩn mực. Do cấu tạo có cực cả 2 phía (Stator và Rotor) của SRM và tác động bão hoà của mạch từ, nhìn chung từ thông của 1 pha Stator biến đổi như một hàm với 2 đối số là vị trí của Rotor ϕ và dòng điện chảy tron g cuộn dây pha tích cực. Tuy nhiên do điện trở của cuộn dây Stator là khá nhỏ nên phần lớn năng lượng điện được chuyển hoá thành từ năng tích luỹ trong cuộn dây Stator và cơ năng trên đầu trục củ a SRM, chúng được biểu diễn bằng thành phần thứ 2 trong vế phải của phương trình (2.7).

Theo phương trình (2.22) và theo phân tích ở trên ta thấy sự lựa chọn chính xác góc đóng, ngắt và độ lớn của dòng điện cấp cho cuộn dây pha Stator sẽ quyết định hoàn toàn đến đặc tính làm việc của SRM. Khi tốc độ của SRM tăng dần điều này cũng đồng nghĩa với việc điều khiển SRM càng trở nên khó khăn hơn do sự ảnh hưởng của sức phản điện động (back – EMF) và thời gian dẫn dòng của cuộn dây tích cực bị giảm đi. Trong công thức (2.34), điện áp tổn thất U tổn thất là tổng các điện áp rơi trên IGBT, Diode và điện trở cuộn dây. Đặc biệt, hai điện áp rơi trên IGBT và Diode phụ thuộc dòng, thể hiện đặc điểm của nghịch lưu dưới dạng đường đặc tính biết trước và có thể sử dụng pháp nhận dạng off. ệu ) để xỏc định rừ đường đặc tớnh đú.

Để tính toán phương trình cân bằng điện áp, trong phương trình 3.1 ta bỏ qua tác động vi phân, trong sơ đồ hình 3.6 thể hiện việc này bằng cách sử dụng một khâu tích phân kết hợp với một khâu bão hoà.