Động cơ từ kháng (ĐCTK) là loại động cơ có thể đ-ợc chế tạo với giá thành đặc biệt thuận lợi. ĐCTK có
một số -u điểm nổi bật nh-: Tổn thất xuất hiện chủ yếu ở phía stator và do đó rất dễ làm mát, quán tính rotor
bé nên có kết cấu bền vững và phù hợp cho tốc độ quay cao, mômen khởi động lớn, chịu quá tải ngắn hạn rất
tốt. Chính vì vậy, ĐCTK đang đ-ợc sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống mechatronics.
Sau khi điểm lại nguyên lý hoạt động, báo cáo trình bầy tóm tắt các vấn đề đang đ-ợc quan tâm xung
quanh ĐCTK nh-: Điều khiển có hoặc không có đo tốc độ quay, giảm mômen lắc, cải thiện hệ số công suất
và một số quan điểm trong thiết kế động cơ
9 trang |
Chia sẻ: maiphuongtt | Lượt xem: 1712 | Lượt tải: 1
Bạn đang xem nội dung tài liệu Động cơ từ kháng và triển vọng ứng dụng trong các hệ thống mechatronics, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Động cơ từ kháng và triển vọng ứng dụng trong
các hệ thống Mechatronics
TSKH. Nguyễn Phùng Quang
Bộ môn Điều khiển tự động - Phòng thí nghiệm trọng điểm về Tự động hóa
Tr−ờng Đại học Bách Khoa Hà Nội
e-mail: NgPhQuang@ieee.org
Abstract
“Switched reluctance motors and possibilities for applications in mechatronic systems”
Switched reluctance motor (SRM) is a motor type which can be produced particularly economically.
SRM’s have some excellent advantages like: The loss arises mainly stator-sided and has to be led away
easily, the sluggishness of the rotor is smally and therefore very robust and suitable for high speed, the
speed-up moment is great, the short-time overload capacity is very good. Therefore, SRM’s are used in
mechatronic systems more and more.
After the functional principle is represented in compact form, the paper summarizes current problems
around the SRM briefly: Control with or without speed sensor, minimization of torque ripple, improving of
power factor and some points of view in design of SRM’s.
Tóm tắt
Động cơ từ kháng (ĐCTK) là loại động cơ có thể đ−ợc chế tạo với giá thành đặc biệt thuận lợi. ĐCTK có
một số −u điểm nổi bật nh−: Tổn thất xuất hiện chủ yếu ở phía stator và do đó rất dễ làm mát, quán tính rotor
bé nên có kết cấu bền vững và phù hợp cho tốc độ quay cao, mômen khởi động lớn, chịu quá tải ngắn hạn rất
tốt. Chính vì vậy, ĐCTK đang đ−ợc sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống mechatronics.
Sau khi điểm lại nguyên lý hoạt động, báo cáo trình bầy tóm tắt các vấn đề đang đ−ợc quan tâm xung
quanh ĐCTK nh−: Điều khiển có hoặc không có đo tốc độ quay, giảm mômen lắc, cải thiện hệ số công suất
và một số quan điểm trong thiết kế động cơ.
Các ký hiệu, viết tắt
dk Tỷ lệ bề rộng xung điều chế
i Dòng qua cuộn dây pha của ĐCTK
fs Tần số phía stator
isd, isq Thành phần trục d,q của vector dòng stator của ĐCĐB
L Điện cảm stator của ĐCTK
Lsd, Lsq Điện cảm stator của ĐCĐB đo dọc, ngang trục từ thông cực
m Số pha của stator
mM Mômen quay của động cơ
n, ns Tốc độ quay, tốc độ quay đồng bộ
pc Số đôi cực
R Điện trở cuộn dây pha của ĐCTK
u Điện áp cuộn dây pha của ĐCTK
uDC, utrans, udiode Điện áp mạch một chiều, điện áp sụt trên Transistor, trên Diode
Us, Up Vector điện áp stator, vector điện áp kích thích của ĐCĐB
Xd, Xq Cảm kháng đồng bộ của ĐCĐB đo dọc, ngang trục từ thông cực
z Số răng của rotor
Từ thông cuộn dây pha của ĐCTK
p Từ thông cực (kích thích vĩnh cửu)
Góc lệch trục (hình 3)
Góc xen giữa hai vector Us, Up
s, r B−ớc góc của cực stator, răng rotor
Vận tốc góc của rotor
1. Mở đầu
Mặc dù ra đời đã lâu, ĐCTK vẫn ít đ−ợc chú ý sử dụng do một số nh−ợc điểm mang tính
tiền định, có nguồn gốc từ nguyên lý của động cơ, đó là: Mômen quay chứa nhiều hài bậc
cao (mômen lắc), gây nhiều tiếng ồn và hiệu suất thấp.
Chỉ từ đầu thập kỷ 90, khi các lĩnh vực cảm biến, điện tử công suất, và đặc biệt là vi
điều khiển / vi xử lý tín hiệu đạt đ−ợc những tiến bộ đáng kể, cho phép khắc phục các điểm
yếu nói trên bằng các giải pháp phần mềm một cách rất có hiệu quả, đồng thời bảo đảm giá
thành hệ thống thấp. Khi ấy, ĐCTK lại đ−ợc quan tâm đến, đặc biệt trong những ứng dụng
công suất nhỏ. −u điểm nổi bật của ĐCTK là: Tổn thất xuất hiện chủ yếu ở phía stator và
do đó rất dễ làm mát, quán tính rotor bé nên có kết cấu bền vững và phù hợp cho tốc độ
quay cao, mômen khởi động lớn, chịu quá tải ngắn hạn rất tốt. Thêm vào đó, ĐCTK có giá
thành chế tạo thấp nhất trong các loại động cơ và không cần bảo d−ỡng.
Mở đầu bằng tóm tắt nguyên lý của ĐCTK, báo cáo tập trung giới thiệu tình trạng hiện
tại của công tác nghiên cứu phát triển ứng dụng các hệ truyền động sử dụng ĐCTK, đặc
biệt trong các hệ Mechatronics. Đây là mảng vấn đề còn đang bỏ ngỏ trong nghiên cứu /
giảng dậy tại n−ớc ta.
2. Nguyên lý hoạt động của SRM
a) Nguyên lý
Để minh họa nguyên lý hoạt động của SRM ta có thể theo dõi công thức tính mômen
quay sau đây của động cơ đồng bộ (ĐCĐB) kích thích ngoài, còn gọi là ĐCĐB cực lồi:
( )3 1 1sin sin 2
2 2
ps s
M
s d q d
UU U
m
n X X X
ϑ ϑπ
= + −
(1)
Đối với loại ĐCĐB kích thích vĩnh cửu, còn gọi là ĐCĐB cực tròn, theo [9] ta có:
( )3
2M c p sq sd sq sd sq
m p i i i L Lψ = + − (2)
Theo (1) và (2), mômen quay của cả hai loại ĐCĐB bao gồm: thành phần chính và thành
phần phản kháng. Nếu bỏ qua kích thích động cơ, tức là Up = 0 hoặc p = 0, khi ấy ta có:
• ĐCĐB cực lồi:
( )23 1 1 sin 2
4
s
M
s q d
U
m
n X X
ϑπ
= −
(3)
• ĐCĐB cực tròn:
( )3
2M c sd sq sd sq
m p i i L L= − (4)
Hai công thức (3) và (4) nói rằng: Chỉ nhờ sự khác nhau về điện cảm stator (về cảm
kháng) đo tại các vị trí khác nhau trên bề mặt rotor, ĐCĐB vẫn tạo nên mômen quay mà
không hề cần đến kích từ và ta có thể tải động cơ nhờ mômen đó. Hiệu ứng trên từ lâu đã
đ−ợc tận dụng để chế tạo nên loại ĐCTK (Reluctance Motor) nuôi bởi điện áp xoay chiều
một hoặc ba pha.
Tuy nhiên, thay vì tạo từ tr−ờng quay phía stator nhờ điện xoay chiều, ta có thể tạo bằng
cách lần l−ợt cấp điện áp (hay dòng) một chiều cho các cuộn dây stator. Tức là: Lần l−ợt
đóng ngắt các cuộn stator vào nguồn một chiều. Từ đó xuất hiện khái niệm Switched
Reluctance Motor (ĐCTK kiểu đóng ngắt) là đối t−ợng của bài viết này. Từ đây về sau,
khái niệm ĐCTK cũng duy nhất chỉ vào loại có đóng ngắt.
b) Cấu tạo
Stator của ĐCTK có cấu tạo bởi nhiều cực từ chứa các cuộn dây tập trung. Khác với
cuộn dây của máy điện 3 pha, là loại máy với cuộn dây có thể phân tán tùy theo số đôi cực.
Rotor của ĐCTK không chứa cuộn dây và đ−ợc chế tạo bằng sắt từ có xẻ răng (teeth), với
tổng số răng bao giờ cũng ít hơn tổng số cực stator.
Hình 1 Động cơ từ kháng với (a) đ−ờng sức
từ ngắn, và (b) đ−ờng sức từ dài
Hình 1 giới thiệu hai ĐCTK, bên trái
là động cơ 3 pha với stator 12 cực và
rotor 10 răng (gọi tắt: loại 12/10), bên phải là động cơ 4 pha với stator 8 cực và rotor 6
răng (gọi tắt: loại 8/6). Để tạo chuyển động quay, các cuộn dây pha stator sẽ lần l−ợt đ−ợc
đóng ngắt nguồn phụ thuộc vị trí của rotor. Để có thông tin về vị trí của rotor, thông th−ờng
ta sẽ phải sử dụng khâu đo vị trí tuyệt đối.
c) Ph−ơng thức hoạt động
Ph−ơng thức hoạt động của ĐCTK là rất đơn giản: Có thể coi ĐCTK là một hệ thống các
nam châm điện độc lập, đ−ợc luân phiên cấp dòng đồng bộ với vị trí của rotor. Đặc điểm
độc lập giữa các nam châm thể hiện khá rõ trong tr−ờng hợp động cơ 12/10 có đ−ờng sức từ
ngắn (hình 1a). Đặc điểm đó ít rõ hơn trong
tr−ờng hợp loại 8/6 với đ−ờng sức từ dài
(hình 1b), là loại phổ biến nhất hiện tại.
Hình 2 Vị trí “đồng trục” của rotor và cực stator
active
Mômen quay của ĐCTK có đ−ờng phân
bố trên bề mặt rotor lặp lại theo chu kỳ của răng. Trong mỗi chu kỳ đều có hai vị trí: vị trí
đồng trục (cực có cuộn dây mang dòng - gọi là cực active - và răng đồng trục với nhau) và
vị trí lệch trục (cực active ở vị trí giữa 2 răng). Hình 2 minh họa vị trí đồng trục của loại
động cơ 8/6. ở vị trí lệch trục, răng gần nhất với cực active sẽ chuyển động về phía cực
active để đạt đ−ợc trạng thái đồng trục.
Giả sử trong hình 2, cực active tiếp theo sẽ là cực lân cận phía bên phải của cực active
hiện tại, khi ấy rotor sẽ quay trái một góc là ẳ răng. Nghĩa là: Rotor luôn quay ng−ợc với
chiều của tr−ờng quay tạo nên từ phía stator. Gọi m là số pha của stator, 2pc là số cực của
một pha, từ tr−ờng stator sẽ quay sau mỗi xung một góc là:
0360
2s cp m
ϑ = (5)
Nếu số răng của rotor là z, sau mỗi xung rotor sẽ quay một góc:
0360
r zm
ϑ = (6)
tức là quay chậm hơn:
2 cr
s
p
z
ϑ
ϑ = (7)
lần so với tr−ờng quay stator. Để có thể đạt đ−ợc tốc độ quay n, tần số điều khiển fs
(control frequency) cần thiết sẽ phải là:
sf n z= (8)
Hình 3 minh họa phân bố mômen quay của động cơ 8/6, trong đó góc 00 chính là vị trí
đồng trục của stator và rotor.
Hình 3 Mômen quay của 1 pha phụ thuộc
góc lệch giữa cực và răng
Mômen quay đ−ợc tính phụ thuộc
dòng chẩy qua cuộn dây pha i và vị trí
rotor nh− sau:
( ) ( )2 ,1,
2M
dL i
m i i
d
ϕϕ ϕ= (9)
Khi dòng i và tốc độ quay n là
hằng, mômen quay sẽ chỉ là hàm của
biến thiên điện cảm phụ thuộc vào vị
trí rotor (phụ thuộc góc lệch). Để đạt đ−ợc mômen quay lớn, phải tạo đ−ợc sự chênh nhau
lớn giữa điện cảm của vị trí đồng trục và điện cảm của vị trí lệch trục. Chính vì thế, ĐCTK
th−ờng đ−ợc thiết kế để vận hành ở chế độ bão hòa rất sâu. Từ đó cũng nẩy sinh nh−ợc
điểm cơ bản của ĐCTK: Phải ngắt mạch cuộn dây stator vào cuối chu kỳ xung (khi dòng là
hằng), là lúc cuộn dây đang ở trạng thái nạp đầy từ năng. Chính vì vậy, hiệu suất sử dụng
nghịch l−u sẽ kém hơn so với động cơ xoay chiều ba pha (ĐCXCBP) khá nhiều. ĐCTK
hiếm khi đạt đ−ợc hệ số công suất cos = 0,5.
3. Cấu trúc điều khiển SRM
a) Cấu trúc nghịch l−u
ĐCTK phải đ−ợc điều khiển nhờ một vòng điều chỉnh (ĐC) có phản hồi. Thiết bị nghịch
l−u (NL) th−ờng đ−ợc nuôi bởi nguồn áp một chiều, và đối với ĐCTK - theo công thức (9) -
chỉ cần dòng chẩy theo một chiều cũng đủ để vận hành ở cả 4 góc ẳ (chế độ vận hành 4Q).
Bạn đọc có thể tìm thấy trong tài liệu tham khảo vô số ph−ơng án mạch NL, bài này chỉ hạn
chế ở ph−ơng án dành cho ĐCTK công suất nhỏ, sử dụng trong các hệ mechatronics.
Nghịch l−u lý t−ởng phải có khả năng đóng/ngắt dòng không có trễ. Để có thể ĐC dòng
pha, có thể sử dụng hai van (hình 4, trái): van N phục vụ chọn pha, van PWM có nhiệm vụ
điều chế bề rộng xung áp đặt lên cuộn dây pha và nhờ đó dễ dàng ĐC dòng qua cuộn dây.
Nhằm giảm tổn hao đóng/ngắt của van, từ năng
tích lũy khi dòng chẩy qua cuộn dây phải có
khả năng đ−ợc hoàn nguyên trở lại nguồn (hình
4, phải).
Hình 4 Cuộn dây pha a) khi dẫn dòng, và b) khi nạp
dòng ng−ợc trở lại nguồn
Dễ dàng nhận thấy, để điều khiển ĐCTK m pha ta sẽ cần 2m van IGBT và 2m diode. Lúc
này, NL đ−ợc gọi là NL 2m (hình 5). Do khá tốn kém linh kiện rời rạc, sơ đồ NL 2m
th−ờng chỉ đ−ợc sử dụng cho ĐCTK
có công suất 100W.
Hình 5 Sơ đồ nghịch l−u 2m
Sơ đồ ít tốn kém nhất là sơ đồ chỉ
sử dụng 1 van PWM chung cho tất
cả các pha (hình 6), còn gọi là NL (m+1). Lợi thế của sơ đồ là chỉ cần một cảm biến là có
thể đo dòng của tất cả các pha. Nh−ợc điểm cơ bản của sơ đồ (m+1) là: khi chuyển mạch
sang pha mới, cuộn dây pha tr−ớc đó sẽ bị nối ngắn mạch và hiệu quả hoàn nguyên từ năng
về nguồn kém, dòng chậm tắt về không. Thậm chí, ở chế độ máy phát (ví dụ: khi hãm) có
thể xuất hiện tự kích. Nh−ợc điểm đó buộc ta phải giảm hệ số điều chế, và do đó giảm hiệu
suất tận dụng NL. ở dải tốc độ lớn, có
nguy cơ không thể làm nhụt triệt để từ
thông của cực chứa cuộn dây pha tích
cực.
Hình 6 Sơ đồ nghịch l−u (m+1)
Giải pháp dung hòa tốt sẽ là sơ đồ NL (m+2) cho loại ĐCTK 8/6 (hình 7). Sơ đồ cho
phép sử dụng tối đa hệ số điều chế.
Hình 7 Sơ đồ nghịch l−u (m+2)
Một vấn đề quan trọng là ph−ơng
pháp điều khiển nghịch l−u (ĐKNL).
Việc lựa chọn đúng đắn cho phép
giảm tiếng ồn phát ra và nâng cao
chất l−ợng truyền động của hệ. Có hai
ph−ơng pháp chính để ĐKNL:
• Sử dụng nguồn dòng:
Trong dải tốc độ thấp, ĐCTK đ−ợc nuôi bởi dòng cấp d−ới dạng khối (block current)
nhờ điều chế bề rộng xung (chopping). Mômen quay ổn định về giá trị trung bình nh−ng
chứa nhiều hài với biên độ đáng kể. ĐCTK có số pha m lớn hơn sẽ cấp ra mômen chứa hài
với biên độ bé hơn.
• Sử dụng nguồn áp:
Có thể nuôi ĐCTK bằng điện áp cấp d−ới dạng khối (block voltage). Khi tốc độ quay
tăng dần, ảnh h−ởng của thời gian đóng ngắt van IGBT càng rõ. Khi sức từ động bên trong
đạt tới giá trị ứng với điện áp nguồn một chiều, khi ấy ta chỉ còn thuần túy đóng ngắt các
cuộn dây pha, diễn biến dòng trở nên không chế ngự đ−ợc và có biên độ hài khá lớn, gây
nên mômen lắc phụ.
b) Cấu trúc điều khiển có cảm biến vị trí
Cấu trúc điều khiển cơ bản của hệ truyền động sử dụng ĐCTK bao giờ cũng có chứa
vòng ĐC chỉnh dòng (xem [1], [2]).
Xuất phát từ ph−ơng trình điện áp pha:
d
u Ri
dt
ψ= + (10)
để đơn giản, ta hãy bỏ qua điện trở R và viết:
( ) ( )dLdiu L i
dt d
ϕϕ ωϕ= + (11)
Trong (11), điện cảm L là một tham số phụ thuộc vị trí của rotor. Để tính công suất ta
hãy nhân hai vế của (11) với dòng i:
2di dLui Li i
dt d
ωϕ= + (12)
hoặc:
2 21 1
2 2
d dL
P Li i
dt d
ωϕ
= + (13)
Biểu thức thứ nhất ở vế phải của (13) đặc tr−ng cho thành phần từ năng tích trong cuộn
dây pha. Biểu thức thứ hai của (13) mô tả cơ năng cung cấp ra trục động cơ. Từ đó ta có
công thức tính mômen quay đã cho ở (9) và thấy rõ: Dấu của mômen – quyết định chế độ
động cơ hay máy phát – hoàn toàn do dấu của dL dj quyết định.
Hình 8 Điện cảm L của ĐCTK: a) Đặc tính L
lý t−ởng phụ thuộc vị trí rotor; b) Dòng pha ở chế
độ động cơ; c) Dòng pha ở chế độ máy phát
Hình 8 minh họa rõ ràng ph−ơng thức
vận hành ĐCTK ở hai chế độ động cơ /
máy phát: Cấp xung dòng chính xác phụ
thuộc vào vị trí của rotor, nơi có dấu của
dL dj khác nhau. Để đạt đ−ợc mômen
quay cần thiết, còn cần phải cấp dòng có
biên độ t−ơng ứng nhờ sự hỗ trợ của một
khâu ĐC dòng ở mạch vòng trong cùng
(hình 9).
Hình 9 Điều khiển ĐCTK nhờ
khâu ĐC dòng ở mạch vòng
trong cùng
c) Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến vị trí
Do ĐCTK là loại động cơ có giá thành chế tạo rất thấp và đ−ợc sử dụng chủ yếu ở dải
công suất nhỏ. Việc sử dụng khâu đo góc (đo vị trí) của rotor có thể làm tăng giá thành lên
đáng kể. Đã có khá nhiều nỗ lực tìm ph−ơng pháp điều khiển ĐCTK không cần đến cảm
biến vị trí (xem [3], [4] và [5]). Để hình dung khái quát các khả năng nhận dạng vị trí rotor,
ta hãy theo dõi hình 10 sau đây.
Hình 10 Các nguồn thông tin về vị trí rotor chứa
trong ph−ơng trình điện áp của ĐCTK có m pha
Hình 10 minh họa các b−ớc suy diễn
của ph−ơng trình điện áp của cuộn dây
pha thứ j trong m cuộn dây pha. Chỉ số k
minh họa các b−ớc trong quá trình cấp
dòng cho cuộn dây. Tạm không quan tâm
đến thành phần điện áp rơi trên điện trở
R, công thức cuối cùng có ba biểu thức
ẩn chứa thông tin về vị trí (về góc) của
rotor.
Dễ dàng thấy rằng, nguyên lý cơ sở
của các ph−ơng pháp nhận dạng vị trí của
rotor đều dựa trên sự biến thiên của từ
thông phụ thuộc vị trí mà xuất phát điểm là ph−ơng trình điện áp:
1
m
j j kj
k
d
u Ri
dt
ψ
=
= + ∑ (14)
1
m
j j kj
k
d
u Ri
dt
y
=
= + ồ
( )
1
,
m
j j kj k k
k
d
u Ri L i i
dt
j
=
ộ ự= + ờ ỳở ỷồ
1
m
kj kjk k
j j k kj k
k k
L Ldi di
u Ri i L i
i dt dt
w
j=
ổ ửả ả ữỗ ữ= + + +ỗ ữỗ ữỗ ả ảố ứ
ồ
Thông tin về vị trí rotor
1 2 3
Có thể tìm thấy trong tài liệu tài liệu tham khảo (ví dụ: trong [3]) đặc tính từ thông của
một ĐCTK loại 8/6, minh họa quan hệ chặt chẽ giữa từ thông và dòng qua cuộn dây pha tại
các vị trí khác nhau của rotor.
Hình 11 Đặc tính từ thông/dòng/vị trí rotor
của một ĐCTK loại 8/6 (theo [3])
Khi có đ−ợc đặc tính đo nh− hình
11, ta hoặc có thể thay trực tiếp vào
(14) để tính vị trí, hoặc thực hiện d−ới
dạng bảng tính sẵn để tra giá trị góc.
Với giá trị góc, hệ thống có thể đ−a ra
quyết định chính xác để chuyển mạch
đóng/ngắt van. Tất cả các ph−ơng
pháp điều khiển không dùng cảm biến hiện tại đều hoạt động theo nguyên lý trên.
Theo công thức cuối của hình 10 ta cần đo đ−ợc: điện áp, dòng, độ dốc s−ờn lên (current
rise time) và s−ờn xuống (current fall time)
của dòng. Các đại l−ợng tính đ−ợc sẽ là: điện
cảm, từ thông và sức từ động cảm ứng. Để cài
đặt thuật toán ta sẽ phải xét đến đặc điểm vật
lý của hệ và phân toàn dải tốc độ thành năm
vùng với các chế độ vận hành khác nhau
(hình 12).
Hình 12 Các chế độ vận hành khác nhau không
cần cảm biến đo vị trí
Hệ thống có ĐC nh− hình 9 sẽ đ−ợc mở rộng khi không sử dụng cảm biến đo vị trí nh−
sau (hình 13):
Hình 13 Cấu trúc hệ thống đ−ợc mở rộng thêm khâu chuyển mạch không cần cảm biến vị trí (Ví dụ cho
tr−ờng hợp ĐCTK loại 6/4 với ba pha: N1,2,3 và PWM1,2,3)
Trên cơ sở so sánh giữa giá trị thực của từ thông yˆ (tính từ dòng đo đ−ợc) với giá trị từ
thông chuẩn tại vị trí đồng trục *y , khâu logic sẽ ra quyết định chuyển mạch thích hợp.
Theo hình 8, ở chế độ động cơ, điều kiện để chuyển mạch sẽ là:
*ˆ caψ ψ> (15)
với ac là hệ số điều chế PWM của khâu ĐC dòng tại thời điểm tính. Điều kiện chuyển
mạch đ−ợc minh họa dễ hiểu ở hình 14.
Hình 14 So sánh từ thông thực và từ thông
chuẩn để quyết định thời điểm chuyển mạch
nghịch l−u
Để tính từ thông, ta có thể sử dụng
mô hình kinh điển, dẫn dắt từ ph−ơng
trình (10):
stđ
1k k k k
u
T u Riψ ψ+
= + − 14442 4443
(16)
tức là phải tích phân sức từ động ustđ
của cuộn dây stator tích cực. Khi tích
phân, để tránh sử dụng thêm khâu đo ta
có thể tính điện áp ustđ nh− sau:
( ) ( )
tổn thất
stđ k k DC k trans k diode k k
u
u u Ri u d u i u i Ri
= − = − + +
144444444444442 4444444444443 (17)
Trong công thức (17), điện áp tổn thất utổn thất là tổng các điện áp rơi trên IGBT, Diode và
điện trở cuộn dây. Đặc biệt, hai điện áp rơi trên IGBT và Diode phụ thuộc dòng, thể hiện
đặc điểm của nghịch l−u d−ới dạng đ−ờng đặc tính biết tr−ớc và có thể sử dụng phép nhận
dạng Off-line (xem tài liệu [9]) để xác định đ−ờng đặc tính đó.
Một mặt, trên cơ sở khoảng thời gian đo đ−ợc t (hình 14), ta sẽ dễ dàng sử dụng (6) để
tính vận tốc góc của rotor:
r
r t
ϑω = ∆ (18)
4. Giảm mômen lắc của SRM
Nh−ợc điểm lớn của ĐCTK là mômen lắc, gây nên do điện cảm stator phân bố không
đều trên bề mặt rotor. Tuy nhiên, có thể giảm bớt mômen lắc bằng hai cách:
• Ph−ơng pháp 1: Thiết kế ĐCTK có số cực và số răng lớn. Đây là cách làm dẫn đến tăng
giá thành của động cơ.
• Ph−ơng pháp 2: Theo công thức (9), có thể bù lắc cho mômen bằng cách thay đổi t−ơng
ứng giá trị của khâu ĐC dòng stator. Theo [6] ta sử dụng một khâu ĐC bù lắc xen vào vị
trí giữa khâu ĐC tốc độ quay và khâu ĐC dòng nh− hình 15.
Hình 15 Bù mômen lắc bằng giải pháp điều chỉnh
Giải pháp hình 15 là giải pháp ít làm tăng giá thành hệ thống nh−ng lại rất có hiệu quả.
Tuy nhiên, việc thiết kế khâu ĐC bù mômen lắc là khó khăn và là đề tài nghiên cứu khoa
học tiềm năng.
5. Kết luận
Nhờ tiến bộ v−ợt bậc của các lĩnh vực cảm biến, điện tử công suất, vi điều khiển và vi xử
lý tín hiệu, việc sử dụng ĐCTK trong các hệ thống Mechatronics đã trở nên hấp dẫn và cần
thiết. Đó chính là động lực của nhiều công trình nghiên cứu / phát triển ứng dụng của hơn
một thập kỷ qua.
Báo cáo đã giới thiệu vắn tắt nguyên lý của động cơ và tình trạng phát triển hiện tại của
ứng dụng truyền động ĐCTK, bao gồm các vấn đề:
• Cấu trúc của nghịch l−u (thiết bị điện tử công suất) nuôi ĐCTK.
• Cấu trúc điều khiển cơ sở (cấu trúc có sử dụng cảm biến đo vị trí rotor).
• Cấu trúc điều khiển không cần cảm biến đo vị trí, thay vào đó sử dụng khâu quan sát
tốc độ quay.
• Báo cáo đã ch−a đề cập đến vấn đề cải thiện cos của hệ thống.
Nhìn chung, vấn đề nghiên cứu ứng dụng và giảng dậy về các hệ thống sử dụng ĐCTK
ch−a đ−ợc quan tâm đến tại n−ớc ta. Ng−ời viết hy vọng: Với báo cáo của mình có thể khêu
gợi sự chú ý của các kỹ s− Việt Nam. Đây là một mảng vấn đề còn tiềm năng khai thác, cả
về ph−ơng diện học thuật lẫn thực tế.
6. Tài liệu tham khảo
[1] Arefeen, M. S.: Implementation of a Current Controlled Switched Reluctance Motor
Drive Using the TMS320F240. Texas Instruments Application Report SPRA282, Sept.
1998
[2] DiRenzo, M. T.: Switched Reluctance Motor Control – Basic Operation and Example
Using the TMS320F240. Texas Instruments Application Report SPRA420A, Feb. 2000
[3] Ehsani, M.; Fahimi, B.: Elimination of Position Sensors in Switched Reluctance Motor
Drives: State of the Art and Future Trends. IEEE Trans. on IE, Vol. 49, No. 1, Feb.
2002, pp. 40 – 47
[4] Ertugrul, N.; Cheok, A. D,: Indirect Angle Estimation in Switched Reluctance Motor
Drives Using F