1 Phát triển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu là một loại động cơ đồng bộ mới. Do ưu điểm là tổn thất năng lượng thấp, kích thước nhỏ và hiệu suất cao nên động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Với sự phát triển của khoa học công nghệ và sự nghiên cứu chuyên sâu của con người về động cơ nam châm vĩnh cửu, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã thu hút sự quan tâm của nhiều quốc gia và được sử dụng rộng rãi do tính chất từ ​​tính tốt, chi phí thấp và vật liệu dồi dào. Tính đến năm 1990, vật liệu nam châm vĩnh cửu NdFeB chiếm một nửa thị phần vật liệu nam châm vĩnh cửu trên thế giới và trở thành vật liệu nam châm vĩnh cửu được ưa chuộng cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Điều này làm cho kết quả nghiên cứu hệ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đóng vai trò rất lớn trong phát triển xã hội và đổi mới công nghệ.

2. Ứng dụng của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Trong vài thập kỷ qua, do sự phát triển của vật liệu mới, cấu trúc liên kết động cơ mới, điện tử công suất, bộ vi xử lý và công nghệ ổ trục, hệ thống truyền động động cơ tốc độ cao đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong giới học thuật và công nghiệp nhờ mật độ công suất cao và hiệu suất cao. . Các ứng dụng như máy thổi, máy nén ly tâm, hệ thống bánh đà, tua-bin siêu nhỏ, máy bơm, trục xoay, bộ tăng áp, v.v. Một trong những ưu điểm chính của động cơ tốc độ cao là giảm kích thước và khối lượng của hệ thống đối với một công suất nhất định vì công suất đầu ra của động cơ tỷ lệ thuận với tốc độ và âm lượng. Một lý do khác để sử dụng máy tốc độ cao là tăng độ tin cậy do loại bỏ các bánh răng trung gian, dây đai và các bộ truyền động khác. Do những tiến bộ gần đây trong lĩnh vực điện tử công suất và vật liệu nam châm vĩnh cửu, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) nhẹ hơn, nhỏ hơn và hiệu quả hơn so với động cơ cảm ứng thông thường đã trở thành hiện thực với vai trò là động cơ kéo.

2.1 Tổng quan về quá trình phát triển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tốc độ thay đổi

Khi động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được nạp tải, từ trường khe hở không khí được thiết lập chung bởi lực từ động nam châm vĩnh cửu và lực từ động phần ứng. Từ trường phần ứng có tác dụng lên từ trường khe hở không khí, sự ảnh hưởng của sóng cơ bản của từ trường phần ứng lên từ trường khe hở không khí gọi là phản ứng phần ứng.
Với sự xuất hiện của nam châm vĩnh cửu alnico và nam châm vĩnh cửu ferrite, các chỉ số hiệu suất như khả năng chịu nhiệt và năng lượng từ tính tối đa của vật liệu từ tính đã được cải thiện và động cơ nam châm vĩnh cửu đã phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực công nghiệp, với tham số hóa ảo linh hoạt và trực quan.

Với sự phát triển của công nghệ nguyên mẫu, lý thuyết thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ngày càng trở nên hoàn hảo, phương pháp thiết kế không ngừng được làm phong phú, cấu trúc linh hoạt hơn, chủng loại ngày càng nhiều, quy trình được cải tiến rất nhiều, và các dịp ứng dụng ngày càng mở rộng, liên quan đến các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ và quốc phòng, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và đời sống gia đình.

Với việc thực hiện các dự án tiết kiệm năng lượng của Trung Quốc và cải thiện chất lượng cuộc sống, nhu cầu thị trường về nam châm vĩnh cửu có tốc độ thay đổi sẽ tăng lên đáng kể.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc rôto khác nhau có công suất vận hành, chế độ điều khiển và khả năng sử dụng khác nhau.

2.2 Thực trạng phát triển chiến lược điều khiển hệ thống điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp vì nó có ưu điểm là hiệu suất làm việc cao, mật độ công suất cao và dải công suất không đổi rộng so với các động cơ khác trên thị trường. Tất cả các bộ truyền động đều yêu cầu cảm biến vị trí để điều khiển vectơ của máy.

Để điều khiển hướng trường hiệu suất cao, thông tin vị trí rôto chính xác là điều cần thiết, thông tin này thường được đo bằng bộ mã hóa quay hoặc bộ phân giải. Tuy nhiên, việc sử dụng các cảm biến này làm tăng chi phí, kích thước, khối lượng và độ phức tạp của hệ thống dây điện, làm giảm độ bền cơ học và độ tin cậy của hệ thống điều khiển PMSM tổng thể. Các nhà thiết kế thích sử dụng tín hiệu được tạo bởi cảm biến vị trí (dưới dạng bộ mã hóa gia tăng) để ước tính vận tốc. Cách tiếp cận này thường bị hạn chế bởi độ chính xác tính toán và sai số lượng tử hóa của các phương pháp gần đúng được sử dụng để ước tính vận tốc.

Hiệu suất động của vòng lặp vận tốc đòi hỏi mức tăng cao hơn so với vòng lặp vị trí bên ngoài. Các phương pháp ước tính vận tốc thường dựa trên thông tin vị trí số (số xung từ cảm biến vị trí). Một phương pháp khác là đo thời lượng xung và tính toán tốc độ của động cơ bằng cách chồng xung do bộ mã hóa tạo ra với tín hiệu đồng hồ tần số cao.

Vận tốc có thể được ước tính bằng cách đếm tín hiệu đồng hồ từ các xung bộ mã hóa vì độ dài vị trí đếm là một giá trị cố định đã biết. Ở tốc độ thấp, một số sơ đồ ước tính cho kết quả kém và kết quả là việc kiểm soát tốc độ có thể trở nên không ổn định.

Nhìn chung, việc nghiên cứu hệ thống điều khiển tốc độ xoay chiều của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu chủ yếu được chia thành hai hướng: thành phần hệ thống và nghiên cứu hệ thống điều khiển tốc độ: thành phần hệ thống như bộ điều khiển, bộ truyền động, cảm biến, thân động cơ, v.v.; Hệ thống điều khiển tốc độ động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu hiệu suất cao có nghĩa là hệ thống này có ưu điểm là phản ứng động nhanh, theo dõi tĩnh không có lỗi và khả năng chống nhiễu mạnh.

Hai phương pháp điều khiển là điều khiển véc tơ và điều khiển mômen trực tiếp, và các ứng dụng khác nhau trong các tình huống cụ thể. Hai phương pháp điều khiển về cơ bản điều khiển mô-men xoắn của động cơ bằng cách điều khiển dòng điện trục q. Tính ưu việt của điều khiển này có thể đảm bảo rằng các đặc tính động và tĩnh của hệ thống được cải thiện. Nhìn lại sự phát triển của các công nghệ liên quan trong những năm gần đây, sơ đồ điều chỉnh tốc độ của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu đã được nâng cấp dưới sự điều khiển véc tơ và điều khiển mômen trực tiếp.

Nâng cấp chính là sử dụng bộ điều khiển mới để thay thế bộ điều khiển PI đã sử dụng trước đó. Sau khi nâng cấp, hiệu suất được tối ưu hóa hơn nữa, chẳng hạn như điều khiển chế độ trượt thay đổi, điều khiển thích ứng, điều khiển lùi, tuyến tính hóa phản hồi, v.v. Một số thuật toán đã thay đổi trực tiếp cấu trúc vòng kín kép truyền thống và đạt được hiệu quả điều khiển tốt hơn sau khi tìm thấy cách khác.

Các phương pháp điều khiển này bao gồm điều khiển hướng mô hình, điều khiển thông minh, v.v. Do hệ thống điều khiển tốc độ yêu cầu độ chính xác cao của thông tin vị trí rôto, nên các bộ mã hóa cơ học hiệu suất cao gặp các vấn đề như lắp đặt khó khăn, hiệu suất chi phí thấp (chẳng hạn như định vị tuyệt đối) và vận hành hệ thống không ổn định.

Vì vậy, xét nhu cầu hệ thống phải ổn định và toàn diện về mặt chi phí, từ những năm 1970 người ta bắt đầu nghiên cứu công nghệ không cảm biến và việc nghiên cứu công nghệ này đã đạt được những kết quả bước đầu, một số sản phẩm hệ thống điều khiển tốc độ sử dụng công nghệ không cảm biến đã xuất hiện trên thị trường. chợ.

Công nghệ điều khiển véc tơ cần phối hợp với thiết bị phần cứng có độ chính xác cao trong quá trình triển khai cụ thể, đồng thời cần sử dụng thuật toán để bù hợp lý cho các thông số động cơ.

Kết luận 3

So với các hệ thống điều khiển động cơ khác, hệ thống điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có những ưu điểm rõ ràng về các chỉ số hiệu suất như hiệu suất làm việc và công suất mô-men xoắn, hiệu suất điều khiển như tốc độ phản hồi và giám sát độ chính xác cao, tính linh hoạt trong thiết kế và dễ ứng dụng.

Đồng thời, nó có triển vọng ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực động cơ servo hiệu suất cao và các dịp khác, cũng như những dịp có yêu cầu về tiếng ồn như ô tô, thiết bị gia dụng và quạt.

Theo xu hướng phát triển toàn cầu hóa kinh tế, thị trường quốc tế ngày càng cởi mở hơn, nhu cầu thị trường tăng trưởng nhanh chóng và yêu cầu về hiệu suất sản phẩm ngày càng tăng.

Vì vậy, hệ thống điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có nhiều ưu điểm và khả năng cạnh tranh thị trường mạnh mẽ và đã trở thành điểm nóng nghiên cứu trong lĩnh vực điều chỉnh tốc độ xoay chiều. Việc nghiên cứu hệ thống điều khiển động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có ý nghĩa rất lớn.