1. Nền đường cáp treo

Môi trường hoạt động đặc biệt của cáp treo chở khách quyết định một số yêu cầu đặc biệt đối với hệ thống truyền động điện của chúng. Trước hết, nhiều tuyến cáp treo được xây dựng ở vùng núi cao và đồi núi có độ cao lớn hoặc ở những vùng danh lam thắng cảnh xa xôi cách xa thành phố với giao thông bất tiện. Môi trường tự nhiên khắc nghiệt, phụ kiện thiết bị bất tiện khi mua và các kênh hỗ trợ kỹ thuật không thông suốt. Điều này đòi hỏi thiết bị cáp treo, đặc biệt là các thành phần cốt lõi như bộ truyền động động cơ, phải có cấu trúc đơn giản, khả năng thích ứng với môi trường mạnh, không dễ hư hỏng và bảo trì thuận tiện. Thứ hai, theo quy mô lưu lượng hành khách, tốc độ của cáp treo thường sẽ thay đổi trong quá trình vận hành. Do đó, cũng yêu cầu điều khiển tốc độ của nó phải thuận tiện và dễ điều chỉnh. Ngoài ra, bất kể chênh lệch độ cao của cáp treo và tải trọng thay đổi như thế nào, nó luôn phải có thể duy trì hoạt động trơn tru mà không bị trượt tốc độ, điều này đặt ra yêu cầu cao đối với hiệu suất điều chỉnh tốc độ của động cơ. Cuối cùng, là một công cụ vận chuyển hành khách trên không, hệ thống truyền động cáp treo cũng phải có thiết bị đáng tin cậy và công nghệ trưởng thành để đảm bảo hoạt động ổn định và ít hỏng hóc.

Trong truyền động động cơ ban đầu, do hệ thống điều chỉnh tốc độ phức tạp của động cơ AC và hiệu suất điều chỉnh tốc độ không thể so sánh với động cơ DC, nên truyền động động cơ DC chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng truyền động đòi hỏi phải điều chỉnh tốc độ, trong khi động cơ AC chủ yếu được sử dụng trong những trường hợp không yêu cầu điều chỉnh tốc độ. Điều tương tự cũng đúng đối với truyền động cáp treo chở khách. Cáp treo nhỏ, đặc biệt là cáp treo có tay cầm cố định, về cơ bản không yêu cầu điều chỉnh tốc độ do tốc độ vận hành thấp. Ngay cả khi cần điều chỉnh tốc độ, thì cũng không cần điều chỉnh để có hiệu suất điều chỉnh tốc độ cao do số lượng hành khách ít và tải trọng nhỏ. Do đó, truyền động tốc độ cố định AC hoặc truyền động điều chỉnh tốc độ điện trở nối tiếp AC chủ yếu được sử dụng. Tuy nhiên, cáp treo công suất lớn, đặc biệt là cáp treo có thể tháo rời hình tròn, đòi hỏi phải thay đổi tốc độ thường xuyên do tốc độ vận hành cao. Đồng thời, do địa hình phức tạp, chênh lệch độ cao lớn, sức chứa hành khách lớn và kích thước tải thay đổi bất kỳ lúc nào, nên yêu cầu cao về khả năng kiểm soát tốc độ cáp treo và hiệu suất điều chỉnh tốc độ. Do đó, hầu hết trong số chúng sử dụng hệ thống truyền động động cơ DC.

Trong những năm gần đây, với sự phát triển của lý thuyết điều khiển hiện đại, công nghệ điện tử công suất và công nghệ điều khiển thông minh, cũng như sự cải tiến liên tục về hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm, cùng với những ưu điểm của động cơ AC như cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ và về cơ bản không cần bảo trì, hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ AC đã được sử dụng ngày càng nhiều. Đặc biệt, việc ứng dụng động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, kết hợp với điều khiển tốc độ tần số thay đổi, không chỉ làm cho cấu trúc động cơ đơn giản hơn mà hiệu suất điều chỉnh tốc độ cũng hoàn toàn tương đương với động cơ dòng chảy đầu tiên. Do đó, truyền động điện của các tuyến cáp treo trong nước lớn hơn cũng đã trải qua một quá trình tiến hóa từ sự thống trị của truyền động chỉnh lưu động cơ DC đến sự giới thiệu dần dần của truyền động tần số thay đổi động cơ không đồng bộ AC, cho đến khi truyền động trực tiếp động cơ đồng bộ từ nước hiện tại đã xuất hiện.

Cấu trúc của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu tương tự như động cơ AC thông thường, chủ yếu bao gồm đế, lõi stato, dây quấn stato, lõi rôto, nam châm vĩnh cửu, trục rôto, ổ trục và nắp đầu. Ngoài ra, thường có các lỗ thông gió hoặc kênh nước làm mát, hộp nối, v.v. Điểm đặc biệt của động cơ nam châm vĩnh cửu là ngoài lõi, trục, ổ trục, v.v., rôto của nó còn có nam châm vĩnh cửu. Trong mặt cắt ngang của lõi rôto, có không gian để lắp đặt nam châm vĩnh cửu và trục rôto. Vì sự hiện diện của nam châm vĩnh cửu tạo ra từ trường, nên không cần phải tạo ra từ trường bằng nguồn điện nữa. Sau khi rôto được khởi động bằng phương pháp thích hợp để quay, một cực từ quay được hình thành. Dưới lực kéo từ của từ trường quay stato, cực từ quay được kéo để quay đồng bộ và tạo ra năng lượng cơ học ổn định.

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có quy trình sản xuất đơn giản, chi phí thấp, hiệu suất năng lượng và hệ số công suất cao, kích thước nhỏ và tiếng ồn thấp cho cùng một công suất, đồng thời chúng cũng có đặc điểm là cấu trúc đơn giản của động cơ AC và hiệu suất điều chỉnh tốc độ tốt của động cơ DC, vì vậy chúng được sử dụng rộng rãi. Trong những năm gần đây, loại động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu AC này đã được sử dụng rộng rãi trong các tuyến cáp truyền động trực tiếp AC (DD).

2. Khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Qua phân tích mô hình toán học của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu, ta có thể biết được rằng có mối quan hệ sau giữa tốc độ rôto n (vòng/phút) và tốc độ từ trường quay của stato n (vòng/phút), cũng như tần số nguồn cấp điện của stato f (Hz) và số cặp cực từ P của động cơ: n=n,=(60f)/P

Qua phân tích sâu hơn, chúng ta cũng có thể biết rằng mô men điện từ của PMSM chỉ ổn định khi nó chạy đồng bộ. Ở tốc độ không đồng bộ, mô men điện từ trung bình bằng không. Trong quá trình khởi động động cơ, tốc độ rôto tăng từ không, đây là trạng thái chạy không đồng bộ. Vì mô men điện từ bằng không nên rôto không thể tăng tốc, do đó động cơ đồng bộ không thể tự khởi động. Theo công thức tốc độ trên n = n, = (60f) / P, có thể thấy rằng tốc độ liên quan đến tần số cung cấp điện stato và số cặp cực động cơ. Khi số cặp cực động cơ đã được xác định, có thể đạt được việc khởi động và điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số cung cấp điện stato. Thiết bị có thể cung cấp nguồn điện tần số thay đổi này được gọi là bộ truyền động tần số thay đổi (VFD), còn được gọi là bộ biến tần (VVVF).

Truyền động trực tiếp điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

Công thức tốc độ động cơ đồng bộ n=（60f）/P có thể được sử dụng để tính toán rằng khi số cặp cực động cơ P=45 và tần số f=16.5Hz, tốc độ n=22v/phút. Đối với bánh xe dẫn động có đường kính D là 5.2m, tốc độ tuyến tính L là:

L=(πD*n)=(3.14*5.2*22)/60=6m/s

Nó chỉ đáp ứng nhu cầu về tốc độ chạy tối đa của cáp treo là 6m/s. Khi tần số điều khiển của biến tần nằm trong khoảng 0~16.5Hz, cáp treo có thể chạy ở tốc độ từ 0~6m/s mà không cần sử dụng bộ giảm tốc để điều chỉnh tốc độ. Điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cũng có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu về tốc độ thấp và mô-men xoắn cao khi khởi động. Điều này cũng cung cấp khả năng truyền động trực tiếp tần số thay đổi của động cơ đồng bộ AC nam châm vĩnh cửu.

Kết luận

Qua phân tích trên, ta thấy động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc đơn giản giống như động cơ AC thông thường, còn bộ điều khiển tần số biến thiên của động cơ đồng bộ có hiệu suất vượt trội giống như bộ điều chỉnh tốc độ chỉnh lưu động cơ DC. Đặc biệt, với việc liên tục cải thiện hiệu suất của vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm, tính chất từ ​​tính và độ ổn định nhiệt của nam châm vĩnh cửu có thể đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sử dụng động cơ. Ngoài ra, động cơ đồng bộ có khả năng chịu nhiễu mô men xoắn mạnh hơn động cơ không đồng bộ và có thể phản ứng tương đối nhanh. Chỉ cần điều chỉnh góc công suất của động cơ kịp thời, tốc độ của nó sẽ luôn duy trì hoạt động tốc độ đồng bộ và sự thay đổi mô men xoắn tải sẽ không ảnh hưởng đến độ ổn định của tốc độ, rất phù hợp với tải mô men xoắn không đổi như cáp treo. Đồng thời, sự tồn tại của từ trường vĩnh cửu của rôto động cơ đồng bộ cho phép động cơ hoạt động ổn định ở tần số cực thấp, giúp động cơ có thể khởi động trực tiếp ở tần số thấp và truyền động trực tiếp mà không cần bộ giảm tốc. Do đó, có thể thấy trước rằng truyền động trực tiếp tần số biến thiên của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu sẽ ngày càng được sử dụng nhiều hơn trong các cáp treo chở khách tải trọng lớn.

Tuy nhiên, chúng ta cũng phải thấy tác động của một loạt các vấn đề như nhiệt độ và độ nhạy rung của vật liệu nam châm vĩnh cửu của động cơ đối với độ tin cậy vận hành. Chỉ khi thực hiện đầy đủ các công việc bảo dưỡng thiết bị như tản nhiệt, chống bụi và giảm rung thì hệ thống truyền động điện mới có thể hoạt động tốt nhất.