4. Phương pháp nghiên cứu
1.3.3 Các đặc tính của PMSM
Các đặc tính của PMSM theo tốc độ được biểu diễn trên Hình 1.7.
Để khai thác cơng sức tối đa của động cơ, điện áp và dịng điện lớn nhất sẽ được sử dụng. Do đĩ, khi làm việc ở cơng suất cực đại, các điểm làm việc cần phải được xác định tại giao điểm của các đường giới hạn điện áp và dịng điện. Chú ý rằng, đường trịn giới hạn dịng điện khơng phụ thuộc vào tốc độ, trong khi ellipse giới hạn điện áp thì cĩ lại khi tốc độ tăng. Bởi vậy, các điểm làm việc di chuyển dọc theo vịng trịn bên trái (điểm A – điểm C của Hình 1.6). Theo sự di chuyển này, mơmen giảm, bằng cách ấy nĩ được biểu diễn bằng một đường cong parabola trong khoảng (A, C) của Hình 1.7. Nếu tốc độ được tăng thêm nữa, ellipse điện áp tiếp tục bị co lại. Trong dải tốc độ đĩ, dịng điện giảm khi tốc độ tăng. Các đường đặc tính điện áp, dịng điện, mơmen, và từ thơng trong vùng giảm từ thơng được thể hiện trong Hình 1.7.
1.3.3.1 Dải tốc độ quay định mức
Dải tốc độ quay định mức được giới hạn trong dải tốc độ từ khơng đến tốc độ cơ bản (0base). Trong vùng này, mơmen cực đại được giới hạn bởi dịng điện stator lớn nhất. Khi tốc độ dưới tốc độ cơ bản, sức phản điện động của động cơ bé, điều kiện về giới hạn điện áp (1.14) luơn được thỏa mãn, lúc này chỉ cần chú ý đến giới hạn dịng điện (1.11). Khi tốc độ tăng lên, sức phản điện động tăng lên đến khi đạt giá trị giới hạn, và cơng suất cũng tăng theo sức phản điện động (trong khoảng 0 đến A trên Hình 1.7). Ở tốc độ cơ bản base (tại điểm A trên Hình 1.6), điện áp đầu cực của động cơ đạt đến giới hạn. Ở dải tốc độ quay định mức, phương pháp điều khiển thường dùng là điều khiển tối ưu dịng điện đầu vào đáp ứng mơmen của phụ tải
(Maximum Torque per Ampere – MTPA) [25].
1.3.3.2 Vùng giảm từ thơng phía thấp
Như đã trình bày ở trên, ở dải tốc độ quay định mức thì mơmen được duy trì bằng hằng số và từ thơng cũng được giữ khơng đổi, tốc độ tăng khiến sức phản điện động tăng và do dĩ điện áp cung cấp cũng phải tăng theo. Tuy nhiên, điện áp này bị giới hạn bởi khả năng cung cấp của biến tần. Lúc này, theo (1.15) thì nếu muốn tiếp tục tăng tốc độ thì phải điều chỉnh giảm từ thơng để điều kiện điện áp (1.14) vẫn được
Khi tần số tiếp tục tăng, ellipse điện áp co lại trong khi dịng điện đạt mức cực đại Imax. Do đĩ, vector dịng điện di chuyển dọc theo đường trịn ( giới hạn dịng điện) từ A đến C trên Hình 1.6. Lúc này, mơmen giảm tỷ lệ nghịch với tốc độ tăng, và cơng suất bằng hằng số (trong khoảng từ A đến C trên Hình 1.7). Dọc theo biên giới hạn này, dịng điện trục d giảm (âm hơn), tạo thêm từ thơng trục d ngược dấu với từ thơng nam châm vĩnh cửu m, dẫn đến từ thơng khe hở khơng khí giảm xuống. Vì điện áp và dịng điện vẫn giữ khơng đổi nên cơng suất cũng là khơng đổi. Vì vậy, vùng giảm từ thơng phía thấp cịn được gọi là vùng cơng suất khơng đổi5, và thường dùng phương pháp điều khiển cơng suất cực đại6 để điều khiển [29]. Trong vùng này, mơmen giảm tỷ lệ nghịch với tốc độ e [26]. Dải tốc độ này được gọi là dải tốc độ cơng suất khơng đổi (Constant Power Speed Range – CPSR).
1.3.3.3 Vùng giảm từ thơng phía cao
Phương pháp điều khiển thường dùng cho vùng tốc độ cực cao này là điều khiển tối ưu từ thơng đáp ứng mơmen của phụ tải7. Chiến lược điều khiển này được sử dụng như là bước cuối cùng trong vùng tốc độ cao của PMSM khi Ism/Ld [29]. Điểm mơmen cực đại ứng với mỗi mức từ thơng được xác định dựa vào tiếp tuyến của đường cong mơmen với giới hạn điện áp như tại các điểm C và D ở Hình 1.6 [27].
Trong vùng tốc độ cực cao này, ellipse điện áp tiếp tục co lại vào bên trong đường trịn dịng điện đến điểm (m/Ld, 0) và dịng điện của động cơ cũng giảm. Cho nên, mơmen của động cơ cũng giảm rất nhanh và tỷ lệ với 1/e2,bắt đầu từ điểm C trên Hình 1.7 [29].
5 Constant power limit region