Các hệ thống truyền động điện được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, chúng được dùng để cung cấp động lực cho phần lớn các cơ cấu sản xuất. Trong thế kỷ XIX đã lần lượt xuất hiện truyền động điện động cơ một chiều và động cơ xoay chiều. Trong nhiều năm của thế kỷ XX khoảng 80% các hệ thống truyền động điện không yêu cầu điều chỉnh tốc độ đều dùng động cơ xoay chiều, còn khoảng 20% truyền động điện có yêu cầu cao về điều chỉnh tốc độ dùng động cơ một chiều. Điều này hầu như đã được thế giới coi như là một quy luật phân bổ hiển nhiên. Phương án điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều mặc dù đã được phát minh và đưa vào ứng dụng khá sớm, nhưng chất lượng của nó khó bề sánh kịp với hệ thống truyền động điện một chiều. Mãi tới thập kỷ 70 của thế kỷ XX, khi thế giới bị cuốn hút vào nguy cơ khan hiếm dầu mỏ, các nước công nghiệp tiên tiến mới tập trung vào việc nghiên cứu hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều hiệu suất cao, hy vọng coi đó là con đường tiết kiệm nguồn năng lượng. Qua hơn 10 năm cố gắng, đến thập kỷ 80 hướng nghiên cứu ấy đã đạt được thành tựu lớn, và đã được coi là bước đột phá thần kỳ trong truyền động xoay chiều, và từ đó tỷ lệ ứng dụng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ngày một tăng lên. Trong các ngành công nghiệp đã có trào lưu thay thế hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ một chiều bằng hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều.
Động cơ xoay chiều có thể phân làm hai nhóm: động cơ xoay chiều không đồng bộ và động cơ xoay chiều đồng bộ. Trong động cơ xoay chiều không đồng bộ có động cơ roto lồng sóc và động cơ roto dây quấn. Trong động cơ xoay chiều đồng bộ có động cơ kích từ bằng nam châm vĩnh cửu (thường loại cực ẩn) và động cơ kích từ bằng nam
56
châm điện (cực lồi). Mỗi loại động cơ đều có những ưu điểm và nhược điểm nhất định và các phương pháp điều chỉnh tốc độ cũng không hoàn toàn giống nhau.
Động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm hơn so với động cơ DC như không đòi hỏi phải bảo trì thường xuyên, độ tin cậy cao, khối lượng và quán tính nhỏ hơn, giá thành rẻ hơn và đặc biệt có thể làm việc trong môi trường độc hại hay nơi có khả năng cháy nổ cao…Do đó động cơ không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và trong cuộc sống hơn so với các động cơ khác. Tuy nhiên, trước đây động cơ không đồng bộ sử dụng trong các ứng dụng chủ yếu có tốc độ không đổi, do các bộ điều khiển tốc độ thường đắt tiền hoặc hiệu suất thấp.
Với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật bán dẫn công suất cao và kỹ thuật vi xử lý. Ngày nay, những bộ điều khiển động cơ không đồng bộ đã được chế tạo với đáp ứng cao hơn và giá thành rẻ hơn các bộ điều khiển động cơ DC. Do đó động cơ không đồng bộ có thể thay thế động cơ DC trong rất nhiều các ứng dụng.
Động cơ không đồng bộ thường chia làm hai loại:
- Động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc: có các thanh dẫn điện đặt trong các rãnh rôto và được làm ngắn mạch ở hai đầu (mỗi đầu có một vòng dẫn nối liền các thanh dẫn). - Động cơ không đồng bộ rôto dây quấn: Cuộn dây rôto của động cơ không đồng bộ rôto
dây quấn là cuộn dây ba pha đặt trong các rãnh lõi rôto. Stato cũng tương tự, nhưng số rãnh ít hơn và số vòng dây nhiều hơn trên mỗi pha, dây dẫn lớn hơn. Rôto được quấn dây và mắc sao, có ba đầu dây ra nối với ba vòng trượt gắn trên trục rôto.
Ưu nhược điểm của động cơ không đồng bộ: - Ưu điểm:
+ Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ hơn so với động cơ một chiều.
+ Độ tin cậy cao trong vận hành, giảm chi phí trong vận hành, bảo trì, sửa chữa. Có thể làm việc trong môi trường độc hại, cháy nổ.
+ Động cơ không đồng bộ ba pha còn có thể dùng trực tiếp với lưới điện xoay chiều ba pha, không phải tốn kém thêm các thiết bị biến đổi.
57 - Nhược điểm:
+ Động cơ dễ phát nóng đối với stato, nhất là khi điện áp lưới tăng và đối với roto khi điện áp lưới giảm.
+ Khi điện áp sụt xuống thì mômen khởi động và mô men cực đại giảm rất nhiều do mô men tỷ lệ với bình phương điện áp.
+ Nhược điểm lớn nhất của động cơ không đồng bộ là việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ rất khó khăn.
Để điều khiển động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha hiện nay có hai phương pháp chính (đều là các phương pháp điều khiển tần số, các phương pháp khác đều đã cũ và có nhiều nhược điểm nên ta sẽ không bàn đến ở đây).
- Phương pháp điều khiển U/f (Điều khiển vô hướng)
- Phương pháp điều khiển định hướng trường – FOC ( Field Oriented Control - Điều khiển vectơ).
Trong phần tiếp theo sẽ trình bày chi tiết phương pháp điều khiển U/f và điều khiển định hướng trường (FOC), tài liệu [3,4,7].