1.1.1 .Các loại PMSM
1.3 Phân tích hoạt động của PMSM
1.3.3 Các đặc tính của PMSM
Các đặc tính của PMSM theo tốc độ được biểu diễn trên Hình 1.7.
Hình 1.7: Các đặc tính của PMSM ở dải tốc độ quay định mức và vùng giảm từ thông.
Để khai thác công sức tối đa của động cơ, điện áp và dòng điện lớn nhất sẽ được sử dụng. Do đó, 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 dòng điện. Chú ý rằng, đường trịn giới hạn dịng điện khơng phụ thuộc vào tốc độ, trong khi ellipse giới hạn điện áp thì có lại khi tốc độ tăng. Bởi vậy, các điểm làm việc di chuyển dọc theo vòng tròn bên trái (điểm A - điểm C
của Hình 1.6). Theo sự di chuyển này, mơmen giảm, bằng cách ấy nó 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 đó, 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 không đến tốc độ cơ bản (0 base). Trong vùng này, mômen cực đại được giới hạn bởi
dòng 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) luôn được thỏa mãn, lúc này chỉ cần chú ý đến giới hạn dòng điện (1.11). Khi tốc độ tăng lên, sức phản điện động tăng lên đến khi đạt giá trị giới hạn, và công suất cũng tăng theo sức phản điện động (trong khoảng 0 đến A trên Hình 1.7). Ở tốc độ cơ bản
basi (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 dòng điện đầu vào đáp ứng mômen của phụ tải (Maximum Torque per Ampere - MTPA).
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 không đổi, tốc độ tăng khiến sức phản điện động tăng và do dó 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 thông để điều kiện điện áp (1.14) vẫn được thỏa mãn
Khi tần số tiếp tục tăng, ellipse điện áp co lại trong khi dòng điện đạt mức cực đại Imax. Do đó, vector dịng điện di chuyển dọc theo đường tròn (
giới hạn dịng điện) từ A đến C trên Hình 1.6. Lúc này, mômen giảm tỷ lệ nghịch với tốc độ tăng, và công suất bằng hằng số (trong khoảng từ A đến C
trên Hình 1.7). Dọc theo biên giới hạn này, dòng điện trục d giảm (âm hơn),
tạo thêm từ thông trục d ngược dấu với từ thông nam châm vĩnh cửu m, dẫn đến từ thơng khe hở khơng khí giảm xuống. Vì điện áp và dịng điện vẫn giữ không đổi nên công suất cũng là khơng đổi. Vì vậy, vùng giảm từ thơng phía thấp cịn được gọi là vùng công suất không đổi, và thường dùng phương pháp
điều khiển công suất cực đại6 để điều khiển. Trong vùng này, mômen giảm tỷ
lệ nghịch với tốc độ ωe. Dải tốc độ này được gọi là dải tốc độ công suất không 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 thông đáp ứng mômen của phụ tải. Chiến lược điều khiển
này được sử dụng như là bước cuối cùng trong vùng tốc độ cao của PMSM khi Is > m / Ld. Điểmmômen cực đại ứng với mỗi mức từ thông được xác định dựa vào tiếp tuyến của đường cong mômen với giới hạn điện áp như tại các điểm C và D ở Hình 1.6
Trong vùng tốc độ cực cao này, ellipse điện áp tiếp tục co lại vào bên trong đường tròn dòng điện đến điểm (-m / Ld ,0) và dòng điện của động cơ cũng giảm.
Cho nên, mômen của động cơ cũng giảm rất nhanh và tỷ lệ với 1/ ω2e,
bắt đầu từ điểm C trên hình 1.7