Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu điều chỉnh tốc độ (PMSM) được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, xe điện, thang máy và các lĩnh vực khác do hiệu suất cao, mật độ công suất và hiệu suất động tuyệt vời. Trong bối cảnh này, việc phân tích các đặc tính mật độ từ thông của động cơ là đặc biệt quan trọng, vì mức bão hòa của mật độ từ thông răng (B_t) và mật độ từ thông ách (B_y) ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và độ tin cậy của động cơ.
PMSM được điều chỉnh tốc độ thường bao gồm một rôto, stato và cuộn dây. Rôto được gắn nam châm vĩnh cửu và từ trường quay tương tác với dòng điện trong cuộn dây stato để điều khiển động cơ. Một đặc điểm chính của PMSM là tốc độ của chúng tỷ lệ thuận với tần số hiện tại và chúng thể hiện hệ số công suất cao với tổn thất tối thiểu.
Trong PMSM, mật độ từ thông răng (B_t) đề cập đến mật độ từ thông trong răng stato, trong khi mật độ từ thông chách (B_y) đề cập đến mật độ từ thông trong vùng chách. Cả hai đều ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất đầu ra, độ rung, tiếng ồn và hệ số công suất của động cơ.
Bão hòa từ xảy ra khi vật liệu từ tính đạt đến một mật độ từ thông nhất định, vượt quá mức đó thì cường độ từ trường tăng thêm không làm tăng đáng kể mật độ từ thông. Độ bão hòa không chỉ ảnh hưởng đến hiệu suất từ tính của động cơ mà còn làm giảm hiệu suất và tăng nhiệt độ.
Độ bão hòa ở vùng răng thường dẫn đến những thay đổi phi tuyến ở công suất mô-men xoắn. Khi bão hòa xảy ra, mối quan hệ giữa mô-men xoắn và dòng điện sẽ lệch đáng kể so với trạng thái lý tưởng, đặc biệt là trong điều kiện tải cao, có khả năng gây ra hiện tượng quá nhiệt và hư hỏng động cơ.
Độ bão hòa trong vùng ách làm biến dạng sự phân bố từ trường xung quanh, làm tăng tổn thất rò rỉ từ thông và ảnh hưởng xấu đến hiệu suất khởi động và phản ứng động của động cơ.
Phần mềm phân tích phần tử hữu hạn (FEA) có thể phân tích hiệu quả sự phân bố mật độ từ thông trong các điều kiện vận hành khác nhau. Bằng cách mô phỏng trường điện từ ở các trạng thái khác nhau, có thể đánh giá chính xác mức độ bão hòa trong răng và ách.
Các phép đo thực nghiệm về đặc tính dòng điện, mô men xoắn và tốc độ dưới các tải và tốc độ khác nhau có thể cho thấy độ bão hòa. Nếu mô-men xoắn không đáp ứng được kỳ vọng về mặt lý thuyết ở mật độ dòng điện nhất định thì nguyên nhân có thể là do bão hòa.
Phân tích đáp ứng tần số cao có thể phát hiện hành vi phi tuyến dưới tải thay đổi nhanh chóng, gián tiếp chỉ ra mức độ bão hòa ở vùng răng và chách.
Việc lựa chọn vật liệu phù hợp và tối ưu hóa thiết kế kết cấu trong giai đoạn phát triển động cơ có thể giảm thiểu rủi ro bão hòa một cách hiệu quả. Sử dụng vật liệu có độ kháng từ cao và tối ưu hóa hình dạng rôto có thể nâng cao giới hạn bão hòa.
Các thuật toán điều khiển nâng cao, chẳng hạn như điều khiển véc-tơ hoặc điều khiển mô-men xoắn trực tiếp, có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của bão hòa.
Giám sát và điều chỉnh thời gian thực của tải và điều kiện vận hành có thể ngăn động cơ đi vào vùng bão hòa trong quá trình vận hành.
Đánh giá độ bão hòa mật độ từ thông của răng và ách là rất quan trọng để cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của PMSM được điều chỉnh tốc độ. Mô phỏng số, thử nghiệm thực nghiệm và phân tích đáp ứng tần số cao cung cấp các phương tiện hiệu quả để đánh giá và tối ưu hóa các đặc tính từ tính. Việc kết hợp các cải tiến về thiết kế, chiến lược điều khiển và giám sát thời gian thực đảm bảo giảm thiểu các tác động bất lợi do bão hòa, nâng cao hiệu suất tổng thể của động cơ.
