Đồ án chuyên nghành
MỤC LỤC
Mai Đình Thế Page 1
Đồ án chuyên nghành
ĐỀ TÀI : ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU (IPMSM)
Thông số động cơ: Cho động cơ đồng bộ với các thông số sau:
Udm=50V, n
đm
=1200rpm ,J=0,4e-3 kg.m
2
,I
đm
=8,66,số đôi cực p=2 ;R
s
=0,57Ω,
f
=0.108Wb, Lsd=8.7mH,Lsq=22.8mH
YÊU CẦU:
- Thuyết minh nguyên lý làm việc của hệ truyền động điều khiển bằng
phương pháp vector
- Mô hình hóa hệ truyền động bằng phương pháp hàm truyền
- Xây dựng cấu hình hệ điều khiển với mạch dòng điện và tốc độ
Mô phỏng hệ điều khiển bằng hai phương pháp điều khiển PID dùng mô hình
hàm truyền
Lấy các đặc tính điều khiển (tốc độ dòng điện) vùng dưới tốc độ cơ bản và vùng
điều khiển giảm từ thông (trên tốc độ cơ bản )
Mai Đình Thế Page 2
Đồ án chuyên nghành
I. Giới thiệu động cơ các phương pháp điều khiển, ứng dụng
1. Khái niệm và cấu tạo
Động cơ đồng bộ là động cơ xoay chiều có tốc độ quay của rotor bằng tốc

Đồ án chuyên nghành
Dựa vào loại sức phản điện động trên stator động cơ đồng bộ xoay chiều ba
pha(PMAC) có thể chia làm 2 loại dạng hình sin (PMSM) và dạng hình thang
(BLDC)
Loại Trapezoidal PMAC còn được gọi là động cơ một chiều không chổi than
(BLDC). Điểm khác biệt cơ bản so với những động cơ đồng bộ khác là sức phản
điện động (back-EMF) của động cơ có dạng hình thang do cấu trúc dây quấn tập
trung (các loại khác có dạng hình sin do cấu trúc dây quấn phân tán). Dạng sóng
sức phản điện động hình thang khiến cho động cơ BLDC có đặc tính cơ giống
động cơ một chiều, mật độ công suất, khả năng sinh mômen cao, hiệu suất cao.
Dựa vào vị trí nam châm trong rotor người ta phân Sinusoidal PMAC thành 2 loại
động cơ đồng bộ nam châm bề mặt(SPMSM) và động cơ đồng bộ nam châm chìm
(IPMSM)
Hình 1: Cấu trúc động cơ SPM và IPM
Mai Đình Thế Page 4
Đồ án chuyên nghành
Hình 2 : Khác với động cơ SPM, động cơ IPM có điện cảm dọc trục và ngang
trục khác nhau
Hình 3: Đặc tính sinh momen của động cơ IPM
Động cơ SPM thông thường có nam châm được gắn trên bề mặt rotor. Động cơ
IPM có nam châm được gắn chìm bên trong rotor dẫn tới sự khác biệt giữa điện
cảm dọc trục và điện cảm ngang trục,từ đó tạo khả năng sinh mômen từ trở
(Reluctance Torque) cộng thêm vào mômen vốn có do nam châm sinh ra
Mai Đình Thế Page 5
Đồ án chuyên nghành
(Magnet Torque) như ta thấy trên hình . Đặc tính này khiến động cơ IPM có
khả năng sinh mômen rất cao, đặc biệt phù hợp cho ô tô điện. Mặt khác, động
cơ IPM có phản ứng phần ứng mạnh, dẫn tới khả năng giảm từ thông mạnh, cho
phép nâng cao vùng điều chỉnh tốc độ
3. Nguyên lý hoạt động của động cơ đồng bộ nam châm chìm (IPMSM)

• Các giá trị điện trở và điện cảm được coi là không đổi
2. Các hệ phương trình cơ bản của động cơ
Phương trình điện áp cho 3 cuộn dây stator của động cơ
U
su
(t)=R
s
i
su
(t) +
U
sv
(t)=R
s
i
sv
(t) +
U
sw
(t) =R
s
i
sw
(t)+
Với R
s
điện trở của cuộn dây stator
Ψ
su,
ψ

s
.i
sd
+ - .
q
U
sq
= R
s
.i
sq
+ + .
d
Mai Đình Thế Page 8
Đồ án chuyên nghành
Trong đó i
sd
, i
sq
phần tử d,q của vector dòng điện stator

d,q
phần tử d,q của vector từ thông
- hương trình từ thông

d
= i
sd.
L
sd + p

qua hệ tọa độ dq như đã được trình bày ở mục trên
Sử dụng phương trình từ thông và phương trình điện áp ta có thể viết lại
I
sd
=
I
sq
=
Phương trình momen
M=
= (*)
Nhận xét : Dựa vào phương trình (*) ta nhận thấy momen quay của động cơ
IPM gôm 2 thành phần ,thành phần chính với M
1
= và thành phần phản kháng
M
2
=do sự chênh lệch điện cảm stator gây ra . Ở dải tốc độ định mức để đơn
giản hệ thống ta có thể cho
i
sd
= 0. Tuy nhiên với dải tốc độ trên định mức để thu thêm được điện áp điều
chỉnh ta phải giảm biên độ từ thông rotor bằng cách bơm vào trục d một thành
Mai Đình Thế Page 10
Đồ án chuyên nghành
phần dòng i
sd
<0 . Động cơ lúc này được vận hành ở chế độ giảm từ thông và
dòng i
sd

sq
*
. Việc tính dòng
i
sd
*
,i
sq
*
trong đề tài này em sử dụng phương pháp (M
max
/I
s
)
max
(MTPA-
Maximum torque per ampere)
2. Phương pháp điều khiển MTPA
Hình 9
Mai Đình Thế Page 12
Đồ án chuyên nghành
Điều khiển cực đại tỉ số “ momen/dòng điện” dẫn đến tổn thất cực tiểu trong
động cơ điều đó có nghĩa là tối ưu hóa hiệu suất của truyền động.
Phương trình momen
M= (*)
Hình 10. Biễu diễn vector Is
Đặt =
=
: biên độ dòng điện lớn nhất được cung cấp từ bộ nghịch lưu
Thay vào (*) ta có

Tcl : hằng số thời gian của mạch nghịch lưu và phát xung
Ti : hằng số thời gian của mạch đo dòng điện
Kcl : hằng số khuếch đại của mạch nghịch lưu
Ki : hằng số khuếch đại của mạch đo dòng điện
Khi đó hàm truyền của đối tượng điều chỉnh là
P= (*)
Trong đó các hằng số thời gian Tcl,Ti rất nhỏ so với hằng số thời gian điện từ
Tsd
Đặt Ts= Tcl+Ti thì công thức (*) có thể viết gần đúng như sau
P=
Theo tiêu chuẩn tối tối ưu modul thì hàm truyền chuẩn của mạch vòng dòng
điện là
Fc=
Mai Đình Thế Page 15
Đồ án chuyên nghành
Suy ra
Risd=
Chọn Ts=T ta có
Risd=
Ta thấy bộ điều chỉnh dòng điện là môt khâu PI
Bằng cách tương tự ta có bộ điều chỉnh Risq cũng là một khâu PI
Risq=
Như vậy hàm truyền kín của mạch vòng điều chỉnh tốc độ là
Wi(s) =
2. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh tốc độ
Từ phần tổng hợp mạch vòng dòng điện ta có hàm truyền
Wi(s) = (**)
Vì hằng số thời gian Ts rất nhỏ ( cỡ 10
-3
-10

s
Suy ra :
=
IV. Mô phỏng trong Simulink
1. Trường hợp điều khiển dưới tốc độ cơ bản (n* = 1180rpm)
Hình 14
Mai Đình Thế Page 18
Đồ án chuyên nghành
Hình 15. Kết quả mô phỏng dưới tốc độ cơ bản
Mai Đình Thế Page 19
Đồ án chuyên nghành
Hình 16. Kết quả mô phỏng i
d
, i
q
dưới tốc độ cơ bản
2.Trường hợp trên tốc độ cơ bản (n*= 1400rpm)
Hình 17.
Mai Đình Thế Page 20
Đồ án chuyên nghành
Hình 18. Kết quả mô phỏng trên tốc độ cơ bản
Mai Đình Thế Page 21
Đồ án chuyên nghành
Hình 19: Kết quả mô phỏng i
d
, i
q
trên tốc độ cơ bản
Nhận xét: Khi khởi động dòng tăng nhanh để tạo ra momen lớn .Để hạn chế
dòng ta dùng khối saturation để hạn chế dòng lúc khởi động