Thiết bị nguồn của SRM gồm bộ biến đổi xoay chiều thành một chiều và bộ điều khiển Bộ biến đổi nguồn thường được tích hợp cùng với bộ điều khiển và gọi chung là bộ điều khiển của SRM Bộ điều khiển có nhiệm vụ điều chế và cấp xung dòng điện một chiều lần lượt cho từng pha dây quấn thông qua các van điện tử công suất SRM có khả năng vận hành ở cả 4 góc ¼ ( chế độ vận hành 4Q)[3]
Hình 2 2 Nguyên lý cấp dòng điện cho các pha dây quấn của SRM
Các thành phần cơ bản của bộ điều khiển SRM gồm: bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, cảm biến dòng điện, vị trí rotor Mỗi pha dây quấn thường có 2 van bán dẫn có điều khiển và 2 điốt; loại 3 pha sẽ cần 3 cặp van bán dẫn có điều khiển và 3 cặp điốt, với động cơ 4 pha (8/6; 12/10) thì phải cần 4 cặp van bán dẫn có điều khiển và 4 cặp điốt Động cơ SRM 6/4 có 2 cuộn dây trên mỗi pha, với động cơ 12/8 sẽ có 4 cuộn dây trên mỗi pha [11]
Hình 2 3 Sơ đồ bộ biến đổi cho động cơ SRM 3 pha [1]
Sơ đồ bộ điều khiển 3 pha đơn giản và phổ biến là sơ đồ bộ biến đổi cầu Hình 2 3 Pha a gồm hai van bán dẫn có điều khiển T1, T2 và hai điốt D1, D2 Các pha khác có sơ đồ hoàn toàn tương tự Hai van T1, T2 được điều khiển đóng cắt giống nhau để cấp xung áp vào cuộn dây pha Khi 2 van T1, T2 dẫn, dòng điện đi qua T1, cuộn dây pha a, T2 và cuộn dây được cấp xung áp dương và dòng điện trong cuộn dây pha a tăng Khi 2 van T1, T2 không dẫn, năng lượng trong cuộn dây pha a sẽ giữ dòng điện đi qua cuộn dây vẫn theo chiều như cũ và thứ tự là đi qua điốt D1, cuộn dây pha a, D2 về nguồn và cuộn dây được cấp xung áp âm, năng lượng lưu trữ trong trong cuộn dây được trả về nguồn, dòng điện trong cuộn dây pha a giảm Hai trạng thái và mạch vòng khép kín dòng điện: Van T1, T2 dẫn (a); van T1, T2 không dẫn (b) như Hình 2 4
Hình 2 4 Hai trạng thái và mạch vòng khép kín dòng điện: Van T1, T2 dẫn (a), Van T1, T2 không dẫn (b)
Tương tự như các động cơ khác, cấu trúc điều khiển của SRM cũng bao gồm hai tầng điều khiển, vòng điều khiển dòng điện nằm bên trong, vòng điều khiển tốc độ nằm bên ngoài Đối với vòng điều khiển dòng thì yêu cầu cần đáp ứng nhanh với giá trị đặt đảm bảo việc đưa dòng vào cuộn dây pha đúng thời điểm phù hợp với vị trí của rotor Vòng điều khiển tốc độ bên ngoài, do đối tượng điều khiển mang đặc tính cơ nên thời gian đắp ứng chậm hơn so với bộ điều khiển dòng điện nhưng lại ảnh hưởng trực tiếp tới đầu ra bộ điều khiển đó là tốc độ động cơ Do đặc tính mômen của động cơ phụ thuộc vào vị trí của rotor, động cơ hoạt động bằng cách kích thích luân phiên từng pha nên vị trí phản hồi rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng của bộ điều khiển[48]
Nguyên tắc điều khiển của SRM được xây dựng trên nguyên lý sinh ra mômen điện từ của động cơ nhờ sai khác từ trở theo vị trí tương đối giữa rotor và stator Khi cuôn dây stator có điện, mômen quay được tạo ra có xu hướng kéo rotor tới vị trí có từ trở nhỏ nhất (mà không cần đến kích từ), muốn rotor tiếp tục quay, cần chuyển việc cấp điện tới cuộn dây tiếp theo và cứ tiếp tục ta sẽ có từ trường quay được tạo ra Giá trị mômen trung bình thu được bằng tổng mômen các pha của động cơ Đặc tính mômen liên tục là do sự xếp chồng mômen từng pha làm cho việc điều khiển trở nên phức tạp hơn
Điều khiển SRM theo hướng giảm thiểu nhấp nhô mômen và tăng hiệu suất được thực hiện trên các phương pháp cơ bản như: điều chỉnh biên độ dòng điện của cuộn dây; phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điện áp nguồn cấp; phương pháp điều khiển trực tiếp mômen [1][49][50] Phương pháp giữ nguyên góc độ rộng xung điện áp, thay đổi biên độ dòng điện pha dây quấn thì có thể giảm được tối đa sự nhấp nhô mômen, tuy nhiên phương pháp này lại đòi hỏi bộ điều khiển phức tạp, giá thành cao hơn so với phương pháp điều khiển xung điện áp
Phương pháp điều khiển xung điện áp là phương pháp đơn giản nhất cho SRM Phương pháp điều chỉnh độ rộng xung điện áp nguồn cấp trên nguyên lý băm nhỏ điện áp, việc điều chỉnh tốc độ động cơ được thực hiện bằng việc điều chỉnh tần số xung điện áp nguồn cấp và giữ công suất không đổi hoặc mômen không đổi[50] Sơ đồ nguyên lý điều khiển độ rộng xung điện áp được thể hiện trên Hình 2 5
Hình 2 5 Nguyên lý điều khiển độ rộng xung điện áp [1]
Khi T1, T2 khóa dòng điện chảy từ D1 đến cuộn dây pha A đến D2 Điện áp dây quấn sẽ bằng 0, dòng điện giảm từ (ip + Δi) đến (ip – Δi) và hai van sẽ đóng đồng thời khi giá trị đặt về 0 Nguyên lý điều khiển này sẽ giảm được tổn hao trên van, giảm tần số chuyển mạch, tuy nhiên đáp ứng dòng điện lại lâu hơn phương pháp điều chỉnh trực tiếp biên độ dòng điện pha
Phương pháp điều khiển dòng điện là điều chỉnh biên độ dòng điện pha dây quấn, giữ cho điện áp không đổi trong suốt quá trình điều khiển [50] [51][52] Sơ đồ nguyên lý điều khiển dòng trên một pha động cơ SRM như Hình 2 6
Hình 2 6 Nguyên lý điều khiển dòng điện trên một pha động cơ SRM
Do dòng điện không thể tăng, giảm một cách tức thời nên cần có một khoảng thời gian dẫn trước θa và tắt trước θco Giá trị dòng điện được duy trì ở Ip thông qua việc đóng mở các van bán dẫn, giá trị Δi được xem xét để cân đối tần số mở van và tổn thất công suất
Ngoài ra điều khiển SRM còn được thực hiện bằng phương pháp điều khiển trực tiếp mômen Nghĩa là điều khiển giữ cho mômen không đổi và phương pháp này được thực hiện trên nguyên tắc ước lượng từ thông [50][52] Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen yêu cầu bộ điều khiển phức tạp và chính xác cao Do vậy thực tế phương pháp này ít được sử dụng[50]