Động cơ xoay chiều không chổi than (BLAC)
Các động cơ thuộc loại BLAC thường được quấn dây theo kiểu trường quay (kiểu distributed winding), như minh họa trong hình 3.4. Tuy nhiên, động cơ BLAC cũng có thể được quấn dây theo kiểu tập trung (concentrated winding) (Ponomarev, 2013).
Động cơ BLAC cũng được gọi là động cơ PMSM, tuy nhiên định nghĩa này không hoàn toàn chính xác, vì động cơ BLDC cũng thuộc loại PMSM – do chúng đều là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Sự khác biệt nằm ở:
Hình dạng sóng điện áp tự cảm,
Tín hiệu điều khiển cấp vào,
Cấu trúc phần quấn stator và cấu tạo rotor, tùy từng loại máy cụ thể.
Điều khiển động cơ BLAC phức tạp hơn động cơ BLDC
Không giống như điều khiển six-step đơn giản của động cơ BLDC, động cơ BLAC đòi hỏi các phương pháp điều khiển phức tạp hơn, vì:
Phải phân tích dòng điện và điện áp pha được cấp vào động cơ,
Để điều khiển vận tốc quay và mô-men xoắn trục một cách chính xác.
Thông thường, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được điều khiển bằng:
Điều khiển vector (Vector Control / FOC) hoặc
Điều khiển mô-men trực tiếp (DTC – Direct Torque Control).
Phương pháp DTC không nằm trong phạm vi chủ đề của tài liệu này, nhưng có thể tham khảo thêm trong (ABB, 2007).
Về điều khiển vector (FOC):
Cho phép điều chỉnh riêng biệt từ thông của cuộn dây (stator flux) và mô-men xoắn.
Trong động cơ có trường quay, vector mô-men xoắn được thể hiện bằng tích có hướng giữa vector từ thông cuộn dây Ψs và vector dòng điện Is, có thể được viết bằng công thức:
∝
∣
Ψ
∣
∣
∣
sin
(
)
T∝∣Ψ
s
∣∣I
s
∣sin(β)
Trong đó:
Ψs là vector từ thông stator,
Is là vector dòng stator,
β là góc giữa vector từ thông và vector dòng.
→ Theo phương trình này, mô-men xoắn đạt cực đại khi góc giữa từ thông và dòng điện là 90 độ.
Trong các trạng thái thay đổi nhanh, cần phân tách dòng điện cấp cho động cơ thành:
Thành phần tạo từ thông, và
Thành phần tạo mô-men xoắn.
Sự phân tách này có thể thực hiện được khi các thành phần dòng điện được biểu diễn như các vector, liên kết với các trục tọa độ khác nhau (xem hình 3.8).
Mô tả sơ đồ điều khiển vector – Hình 3.9
Hình 3.9 minh họa nguyên lý điều khiển vector:
Các dòng điện đo được từ động cơ xoay chiều được phân tích thành thành phần từ thông và thành phần mô-men xoắn thông qua:
Mô hình động cơ, và
Chuyển đổi hệ tọa độ.
Sau đó:
Các điều chỉnh mong muốn được thực hiện lên các thành phần dòng điện trong khối điều khiển.
Tín hiệu dòng điện được chuyển thành tín hiệu điện áp.
Các điện áp tham chiếu sau chuyển đổi tọa độ được gửi đến bộ điều chế (modulator).
Từ đó, bộ điều chế phát tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển cổng (gate driver) của inverter, để bật/tắt các transistor tạo ra điện áp pha như mong muốn.
Tổng kết:
Điều khiển vector (FOC) hiện là phương pháp rất phổ biến để điều khiển động cơ AC, nhờ vào tính chính xác và linh hoạt.
Tuy nhiên, để hoạt động chính xác, cần phải biết tham số động cơ một cách chính xác, đặc biệt là độ từ cảm (inductance).
Nếu tham số sai lệch, ví dụ từ cảm quá lớn, góc giữa từ thông và dòng điện sẽ vượt quá 90°, và mô-men xoắn sinh ra không đạt tối đa như lý thuyết.
Các động cơ thuộc loại BLAC thường được quấn dây theo kiểu trường quay (kiểu distributed winding), như minh họa trong hình 3.4. Tuy nhiên, động cơ BLAC cũng có thể được quấn dây theo kiểu tập trung (concentrated winding) (Ponomarev, 2013).
Động cơ BLAC cũng được gọi là động cơ PMSM, tuy nhiên định nghĩa này không hoàn toàn chính xác, vì động cơ BLDC cũng thuộc loại PMSM – do chúng đều là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Sự khác biệt nằm ở:
Hình dạng sóng điện áp tự cảm,
Tín hiệu điều khiển cấp vào,
Cấu trúc phần quấn stator và cấu tạo rotor, tùy từng loại máy cụ thể.
Điều khiển động cơ BLAC phức tạp hơn động cơ BLDCKhông giống như điều khiển six-step đơn giản của động cơ BLDC, động cơ BLAC đòi hỏi các phương pháp điều khiển phức tạp hơn, vì:
Phải phân tích dòng điện và điện áp pha được cấp vào động cơ,
Để điều khiển vận tốc quay và mô-men xoắn trục một cách chính xác.
Thông thường, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được điều khiển bằng:
Điều khiển vector (Vector Control / FOC) hoặc
Điều khiển mô-men trực tiếp (DTC – Direct Torque Control).
Phương pháp DTC không nằm trong phạm vi chủ đề của tài liệu này, nhưng có thể tham khảo thêm trong (ABB, 2007).
Về điều khiển vector (FOC):
Cho phép điều chỉnh riêng biệt từ thông của cuộn dây (stator flux) và mô-men xoắn.
Trong động cơ có trường quay, vector mô-men xoắn được thể hiện bằng tích có hướng giữa vector từ thông cuộn dây Ψs và vector dòng điện Is, có thể được viết bằng công thức:
∝
∣
Ψ
∣
∣
∣
sin
(
)
T∝∣Ψ
s
∣∣I
s
∣sin(β)
Trong đó:
Ψs là vector từ thông stator,
Is là vector dòng stator,
β là góc giữa vector từ thông và vector dòng.
→ Theo phương trình này, mô-men xoắn đạt cực đại khi góc giữa từ thông và dòng điện là 90 độ.
Trong các trạng thái thay đổi nhanh, cần phân tách dòng điện cấp cho động cơ thành:
Thành phần tạo từ thông, và
Thành phần tạo mô-men xoắn.
Sự phân tách này có thể thực hiện được khi các thành phần dòng điện được biểu diễn như các vector, liên kết với các trục tọa độ khác nhau (xem hình 3.8).
Mô tả sơ đồ điều khiển vector – Hình 3.9
Hình 3.9 minh họa nguyên lý điều khiển vector:
Các dòng điện đo được từ động cơ xoay chiều được phân tích thành thành phần từ thông và thành phần mô-men xoắn thông qua:
Mô hình động cơ, và
Chuyển đổi hệ tọa độ.
Sau đó:
Các điều chỉnh mong muốn được thực hiện lên các thành phần dòng điện trong khối điều khiển.
Tín hiệu dòng điện được chuyển thành tín hiệu điện áp.
Các điện áp tham chiếu sau chuyển đổi tọa độ được gửi đến bộ điều chế (modulator).
Từ đó, bộ điều chế phát tín hiệu điều khiển đến bộ điều khiển cổng (gate driver) của inverter, để bật/tắt các transistor tạo ra điện áp pha như mong muốn.
Tổng kết:
Điều khiển vector (FOC) hiện là phương pháp rất phổ biến để điều khiển động cơ AC, nhờ vào tính chính xác và linh hoạt.
Tuy nhiên, để hoạt động chính xác, cần phải biết tham số động cơ một cách chính xác, đặc biệt là độ từ cảm (inductance).
Nếu tham số sai lệch, ví dụ từ cảm quá lớn, góc giữa từ thông và dòng điện sẽ vượt quá 90°, và mô-men xoắn sinh ra không đạt tối đa như lý thuyết.
