Động cơ từ kháng và triển vọng ứng dụng trong các hệ thống Mechatronics

Động cơ từ kháng ( ĐCTK) là loạt động cơ có thể được chế tạo với giá thành đặc biệt thuận lợi. ĐCTK có một số ưu điểm nổi bật như: Tốn thất xuất hiện chủ yếu ở phía Stator và do đó rất dễ làm mát, quán tính được 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 được sử dụng ngày càng nhiều trong các hệ thống Mechatronics....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Động cơ từ kháng và triển vọng ứng dụng trong các hệ thống Mechatronics §éng c¬ tõ kh¸ng vµ triÓn väng øng dông trong c¸c hÖ thèng Mechatronics TSKH. NguyÔn Phïng Quang Bé m«n §iÒu khiÓn tù ®éng - Phßng thÝ nghiÖm träng ®iÓm vÒ Tù ®éng hãa Tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ Néi 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. Tãm t¾t §éng c¬ tõ kh¸ng (§CTK) lµ lo¹i ®éng c¬ cã thÓ ®−îc chÕ t¹o víi gi¸ thµnh ®Æc biÖt thuËn lîi. §CTK cã mét sè −u ®iÓm næi bËt nh−: Tæn thÊt xuÊt hiÖn chñ yÕu ë phÝa stator vµ do ®ã rÊt dÔ lµm m¸t, qu¸n tÝnh rotor bÐ nªn cã kÕt cÊu bÒn v÷ng vµ phï hîp cho tèc ®é quay cao, m«men khëi ®éng lín, chÞu qu¸ t¶i ng¾n h¹n rÊt tèt. ChÝnh v× vËy, §CTK ®ang ®−îc sö dông ngµy cµng nhiÒu trong c¸c hÖ thèng mechatronics. Sau khi ®iÓm l¹i nguyªn lý ho¹t ®éng, b¸o c¸o tr×nh bÇy tãm t¾t c¸c vÊn ®Ò ®ang ®−îc quan t©m xung quanh §CTK nh−: §iÒu khiÓn cã hoÆc kh«ng cã ®o tèc ®é quay, gi¶m m«men l¾c, c¶i thiÖn hÖ sè c«ng suÊt vµ mét sè quan ®iÓm trong thiÕt kÕ ®éng c¬. C¸c ký hiÖu, viÕt t¾t dk Tû lÖ bÒ réng xung ®iÒu chÕ i Dßng qua cuén d©y pha cña §CTK fs TÇn sè phÝa stator isd, isq Thµnh phÇn trôc d,q cña vector dßng stator cña §C§B L §iÖn c¶m stator cña §CTK Lsd, Lsq §iÖn c¶m stator cña §C§B ®o däc, ngang trôc tõ th«ng cùc m Sè pha cña stator mM M«men quay cña ®éng c¬ n, ns Tèc ®é quay, tèc ®é quay ®ång bé pc Sè ®«i cùc R §iÖn trë cuén d©y pha cña §CTK u §iÖn ¸p cuén d©y pha cña §CTK uDC, utrans, udiode §iÖn ¸p m¹ch mét chiÒu, ®iÖn ¸p sôt trªn Transistor, trªn Diode Us, Up Vector ®iÖn ¸p stator, vector ®iÖn ¸p kÝch thÝch cña §C§B Xd, Xq C¶m kh¸ng ®ång bé cña §C§B ®o däc, ngang trôc tõ th«ng cùc z Sè r¨ng cña rotor Tõ th«ng cuén d©y pha cña §CTK p Tõ th«ng cùc (kÝch thÝch vÜnh cöu) Gãc lÖch trôc (h×nh 3) Gãc xen gi÷a hai vector Us, Up s , r B−íc gãc cña cùc stator, r¨ng rotor VËn tèc gãc cña rotor 1. Më ®Çu MÆc dï ra ®êi ®· l©u, §CTK vÉn Ýt ®−îc chó ý sö dông do mét sè nh−îc ®iÓm mang tÝnh tiÒn ®Þnh, cã nguån gèc tõ nguyªn lý cña ®éng c¬, ®ã lµ: M«men quay chøa nhiÒu hµi bËc cao (m«men l¾c), g©y nhiÒu tiÕng ån vµ hiÖu suÊt thÊp. ChØ tõ ®Çu thËp kû 90, khi c¸c lÜnh vùc c¶m biÕn, ®iÖn tö c«ng suÊt, vµ ®Æc biÖt lµ vi ®iÒu khiÓn / vi xö lý tÝn hiÖu ®¹t ®−îc nh÷ng tiÕn bé ®¸ng kÓ, cho phÐp kh¾c phôc c¸c ®iÓm yÕu nãi trªn b»ng c¸c gi¶i ph¸p phÇn mÒm mét c¸ch rÊt cã hiÖu qu¶, ®ång thêi b¶o ®¶m gi¸ thµnh hÖ thèng thÊp. Khi Êy, §CTK l¹i ®−îc quan t©m ®Õn, ®Æc biÖt trong nh÷ng øng dông c«ng suÊt nhá. −u ®iÓm næi bËt cña §CTK lµ: Tæn thÊt xuÊt hiÖn chñ yÕu ë phÝa stator vµ do ®ã rÊt dÔ lµm m¸t, qu¸n tÝnh rotor bÐ nªn cã kÕt cÊu bÒn v÷ng vµ phï hîp cho tèc ®é quay cao, m«men khëi ®éng lín, chÞu qu¸ t¶i ng¾n h¹n rÊt tèt. Thªm vµo ®ã, §CTK cã gi¸ thµnh chÕ t¹o thÊp nhÊt trong c¸c lo¹i ®éng c¬ vµ kh«ng cÇn b¶o d−ìng. Më ®Çu b»ng tãm t¾t nguyªn lý cña §CTK, b¸o c¸o tËp trung giíi thiÖu t×nh tr¹ng hiÖn t¹i cña c«ng t¸c nghiªn cøu ph¸t triÓn øng dông c¸c hÖ truyÒn ®éng sö dông §CTK, ®Æc biÖt trong c¸c hÖ Mechatronics. §©y lµ m¶ng vÊn ®Ò cßn ®ang bá ngá trong nghiªn cøu / gi¶ng dËy t¹i n−íc ta. 2. Nguyªn lý ho¹t ®éng cña SRM a) Nguyªn lý §Ó minh häa nguyªn lý ho¹t ®éng cña SRM ta cã thÓ theo dâi c«ng thøc tÝnh m«men quay sau ®©y cña ®éng c¬ ®ång bé (§C§B) kÝch thÝch ngoµi, cßn gäi lµ §C§B cùc låi: 3U s  U p U  1 1   mM =  sin ϑ + s  −  sin ( 2ϑ )  (1) 2π ns  X d  2  Xq Xd      §èi víi lo¹i §C§B kÝch thÝch vÜnh cöu, cßn gäi lµ §C§B cùc trßn, theo [9] ta cã: mM = pc ψ pisq + isd isq ( Lsd − Lsq )  3 (2) 2   Theo (1) vµ (2), m«men quay cña c¶ hai lo¹i §C§B bao gåm: thµnh phÇn chÝnh vµ thµnh phÇn ph¶n kh¸ng. NÕu bá qua kÝch thÝch ®éng c¬, tøc lµ Up = 0 hoÆc p = 0, khi Êy ta cã: • §C§B cùc låi: 3U s  1 2 1  mM =  −  sin ( 2ϑ ) (3) 4π ns  X q X d    • §C§B cùc trßn: mM = pcisd isq ( Lsd − Lsq ) 3 ...