SRM có cấu tạo và nguyên lý rất khác so với động cơ xoay chiều và động cơ một chiều truyền thống. Nguyên lý hoạt động của động cơ không dựa vào sự tương tác từ trường, dòng điện rotor để tạo ra mômen quay mà dựa trên nguyên tắc “từ trở tối thiểu”, nghĩa là từ thông luôn đóng dọc trục theo đường đi với từ trở nhỏ nhất, do đó tạo là lực kéo, kéo rotor quay, hình thành mômen điện từ cho tính chất từ trở.
22
Dòng điện được đóng, cắt lần lượt cho từng pha dây quấn. Khi dòng điện tại pha thứ nhất được ngắt đi thì đến lượt pha thứ hai mới được cấp dòng, dòng điện tại pha hai ngắt thì pha ba bắt đầu được cấp dòng, cứ như vậy cho đến khi dòng điện được cấp hết cho các pha dây quấn của stator và chu kỳ đóng cắt lại được lặp lại.
Khi có dòng điện kích thích vào cuộn dây trên cực stator thì rotor sẽ chuyển động dịch chuyển sao cho cực rotor tương ứng gần nhất với cực stator bị kích thích để thẳng hàng với cực stator đó, là vị trí mà từ trở của mạch từ có giá trị nhỏ nhất.
Nhờ cấu tạo khác nhau về số cực giữa rotor và stator, khi có hai cực của stator được kích thích thẳng hàng với hai cực của rotor thì các cực khác của rotor lại nằm lệch so với các cực còn lại của stator. Nếu ta chuyển dòng điện kích thích vào cực stator kế tiếp sẽ kéo cực rotor tiếp theo vào thẳng hàng.
Gọi p là số cực của một pha, từ trường stator sẽ quay sau mỗi xung một góc là: 0 360 . = s p m
. Nếu số cực của rotor là Nr, sau mỗi xung rotor sẽ quay một góc:
0 360 . r r m N = .
Tức là quay chậm hơn r / s = p N/ r lần so với từ trường quay stator. Để có thể đạt được tốc độ quay n, tần số điều khiển xung điện áp stator fs sẽ là: fs =n N. r
Giả sử có SRM 6/4 như hình Hình 2.7 :
Pha c thẳng hàng Pha a thẳng hàng Hình 2.7 Nguyên lý hoạt động của động cơ từ trở 6/4
Giả sử ban đầu các cực r1, r’1 của rotor và các cực c, c’ của stator nằm thẳng hàng. Dòng điện kích thích bắt đầu cấp cho pha a, khi đó từ thông tạo ra giữa cực a, a’ của stator và r2, r’2 của rotor một lực đẩy làm cho cực r2, r’2 hướng đến cực a và a’. Khi các cực đã thẳng hàng, dòng điện ở pha a sẽ bị ngắt, rotor sẽ có vị trí mới như hình 2-4b. Tiếp theo lại cấp dòng vào cuộn dây pha b, lực từ sinh ra làm kéo r1, r’1 hướng đến b và b’ theo chiều kim đồng hồ. Tiếp đến, ta lại cho dòng điện cấp vào pha c sẽ làm cho r2, r’2 thẳng hàng với c và c’. Do vậy, việc cung cấp điện vào các cuộn dây ở 3 pha của stator, ta đã làm dịch chuyển rotor đi một góc 900.
23
Dòng điện được chuyển mạch đóng cắt liên tục trên mỗi pha dây quấn stator nhờ các van bán dẫn. Muốn đảo chiều động cơ thì ta chỉ việc thay đổi thứ tự cấp điện sao cho thứ tự được liên tục và hợp lý. Trong trường hợp trên nếu cấp điện cho các pha theo thứ tự abc thì rotor quay theo chiều kim đồng hồ và cấp điện theo thứ tự acb thì rotor sẽ quay theo chiều ngược lại.
Khi dòng điện được vào trong từng pha thì làm cho rotor quay. Sự dịch chuyển của rotor động cơ có 4 vị trí quan trọng là các góc trùng cực hoàn toàn, lệch trục hoàn toàn, bắt đầu trùng cực, kết thúc trùng cực hoàn toàn (Hình 2.8).
Hình 2.8 Đặc tính điện cảm tại các vị trí đặc biệt
+ Bắt đầu trùng cực: là vị trí mỏm cực rotor bắt đầu phủ cực stator, về mặt lý thuyết là vị trí bắt đầu cấp xung dòng điện hay điện áp để kéo rotor quay về vị trí tiếp theo. Về mặt điện từ, đây là vị trí mà điện cảm bắt đầu tăng và mômen động cơ nhảy vọt từ không lên mômen cực đại. Về mặt điều khiển là góc muộn nhất để phát xung dòng điện, điện áp hay còn gọi là góc mở dòng điện (θon).
+ Bắt đầu trùng cực hoàn toàn: là góc mà cực của rotor bắt đầu phủ hoàn toàn cực stator. Tại đây mật độ từ cảm khe hở không khí và điện cảm là lớn nhất và mômen điện từ nhỏ nhất. Tại thời điểm này các nhà điều khiển sẽ bắt đầu ngắt xung, tương ứng góc đóng dòng điện (θoff)
+ Kết thúc trùng cực hoàn toàn: là góc mà cực của rotor kết thúc phủ hoàn toàn cực của stator. Tại đây mật độ từ cảm khe hở không khí và điện cảm bắt đầu giảm do diện
24
tích phủ của cực rotor với cực stator bắt đầu giảm. Tại đây, mômen điện từ bằng không và bắt đầu xuống âm, tương ứng với chế độ máy phát; đây là giới hạn cuối cùng để các nhà điều khiển ngắt xung để không tạo ra mômen âm.
+ Kết thúc trùng cực: là vị trí cực rotor bắt đầu không phủ lên cực stator, gọi và vị trí lệch trục hoàn toàn. Đây là vị trí không cấp xung dòng điện hay điện áp để tránh tạo mômen âm cho động cơ. Tại vị trí này điện cảm giảm hoàn toàn về mức thấp nhất và mômen âm về không.