Hiện nay, động cơ đồng bộ được các nhà sản xuất ô tô điện ứng dụng khá nhiều, điển hình là các loại động cơ đồng bộ IPM, SRM, SynRM. Nguồn điện trên xe được cung cấp từ các bộ tích trữ năng lượng từ nguồn một chiều DC như từ ắc quy, hoặc pin nhiên liệu Fullcell, hoặc siêu tụ Suppercapacitors đều có công suất bé, trong khi đó, động cơ lại sử dụng bộ nguồn xoay chiều ba pha công suất lớn. Vì vậy, từ nguồn DC sau khi khuếch đại công suất
Hình 1-10: Sơ đồ truyền động điện trên xe điện sử dụng 04 động cơđiện
Động cơ Hộp số Bộ biến đổi Bộđiều khiển Nguồn điện Động cơ Hộp số Động cơ Hộp số Động cơ Hộp số Tín hiệu bàn đạp ga Tín hiệu bàn đạp phanh
36
nguồn một chiều cần sử dụng bộ Inverter DC/AC để tạo ra công suất điện ba pha điều khiển động cơ đồng bộ.
Hình 1-11: Hệ truyền động động cơ xoay chiều
Công suất của hệ thống truyền động phụ thuộc vào thông số của xe như tốc độ lớn nhất, thời gian tăng tốc từ 0 tới 100 km/h, khối lượng xe, momen lớn nhất, và chế độ sản sinh công suất (công suất định mức...). Ở xe điện, dải công suất truyền động từ 20kW tới 100kW.
Hình 1-12: Sơ đồ mạch lực biến đổi điện áp của động cơ đồng bộ
Sơ đồ mạch lực điều khiển động cơ như hình 1-12. Bộ biến đổi DC/AC (bộ inverter) sử dụng 6 van bán dẫn IGBT biến đổi nguồn một chiều công suất cao thành nguồn xoay chiều cấp vào động cơ. Các van IGBT được điều khiển từ các bộ phát xung PWM. Việc điều khiển tốc độđộng cơ được phân làm hai vùng khác nhau, vùng tốc độ dưới tốc độ cơ bản và vùng tốc độ trên tốc độcơ
37
bản. Để điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ có thể có nhiều luật điều khiển khác nhau để tác động tới các van IGBT của bộ chỉnh lưu như luật điều chỉnh V/f, điều khiển trực tiếp momen DTC, điều khiển tựa từ thông rotor FOC, điều khiển vecto... Ở động cơ đồng bộ trên ô tô điện phương pháp điều khiển vecto được sử dụng rộng rãi trong các bộ điều khiển.
Phương pháp điều khiển vecto
Trong động cơ đồng bộ từ thông rotor luôn phân cực, có hướng nhất quán và cố định, hơn nữa, rotor luôn quay đồng bộ với từ trường stator (độ trượt bằng không) nên cót hể gắn một hệ trục quay đồng bộ vào rotor, gọi là hệ trục tọa độ từ thông rotor (d,q), trong đó, trục d trùng cực bắc của nam châm rotor. Với phạm vi điều chỉnh dưới tốc độ cơ bản lựa chọn điều khiển dòng Id=0.
Hình 1-13: Quy ước hệ trục tọa độtrong động cơ ba pha
Mô hình vecto không gian mô phỏng động cơ điện đồng bộ được xây dựng dựa trên cơ sở từ các hệ trục tọa độ cố định (α,β) và hệ trục tọa độ từ thông rotor (d,q).
Sơ đồ điều khiển vecto động cơ PMSM như hình 1-14. Phương pháp này sử dụng luật điều khiển vecto với tín hiệu phản hồi thu được thông qua việc đo các tín hiệu dòng điện, điện áp của động cơ, mà không sử dụng các cảm biến đo tốc độ, cảm biến vị trí...
38
Hình 1-14: Sơ đồ điều khiển tốc độđộng cơ PMSM
Lúc này momen động cơ phụ thuộc vào giá trị dòng điện Iq. Tốc độ động cơ ngoài vùng tốc độ cơ bản có thể được điều khiển bằng cách giảm từ thông kích thích. Với động cơ đồng bộ kích từ bằng nam châm điện, để giảm từ thông, đơn giản chỉ cần giảm dòng điện kích từ tương ứng. Đối với động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu thì cần phải tạo ra một thành phần của từ thông phản ứng phần ứng theo hướng khử từ của nam châm vĩnh cửu để giảm từ thông kích thích, có nghĩa là phải "bơm" vào dây quấn stator một dòng điện khử từ (-id). Giá trị -idđược điều khiển bởi bộ phát hàm số.