Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp, xe điện và hàng không vũ trụ do hiệu suất cao, mật độ năng lượng và khả năng điều khiển chính xác. Tuy nhiên, một vấn đề phổ biến và gây khó chịu mà các kỹ sư gặp phải là "dòng điện cao nhưng đầu ra mô-men xoắn thấp"—vấn đề làm giảm hiệu suất, tăng sinh nhiệt và thậm chí có thể gây hỏng động cơ.
Trước khi đi sâu vào vấn đề, chúng ta hãy xem lại các nguyên tắc cơ bản của PMSM:
• Mô-men xoắn được tạo ra bởi sự tương tác giữa từ trường nam châm vĩnh cửu của rôto và từ trường cảm ứng của stato.
• Mô-men xoắn cực đại xảy ra khi dòng điện stato và từ thông rô-to bằng nhau trực giao (cách nhau 90°).
• Trên thực tế, độ lệch do nhiều yếu tố khác nhau sẽ phá vỡ điều kiện lý tưởng này, dẫn đến dòng điện cao với mô-men xoắn thấp.
① Nhận dạng thông số động cơ không chính xác
vấn đề: Sai số khi đo điện trở stato (Rs), độ tự cảm (Ld/Lq) hoặc liên kết từ thông PM (λPM) dẫn đến tính toán điều khiển sai sót.
nguyên nhân: Hiệu chuẩn kém, chênh lệch nhiệt độ hoặc phương pháp nhận dạng lỗi thời.
Giải pháp:
• Sử dụng nhận dạng tham số thích ứng ngoại tuyến/trực tuyến (ví dụ: bình phương tối thiểu đệ quy).
• Bù đắp ảnh hưởng của nhiệt độ bằng mô hình nhiệt.
• Hiệu chuẩn bằng dụng cụ có độ chính xác cao.
② Thông số bộ điều khiển được điều chỉnh kém
vấn đề: Độ lợi PI không chính xác (vòng dòng/tốc độ) gây ra dao động, phản hồi chậm hoặc vượt mức.
nguyên nhân: Điều chỉnh theo kinh nghiệm, mô hình hóa hệ thống không chính xác.
Giải pháp:
• Áp dụng các thuật toán điều chỉnh dựa trên mô hình (ví dụ: vị trí cực) hoặc thuật toán tự động điều chỉnh.
• Xác thực các tham số thông qua mô phỏng (ví dụ: MATLAB/Simulink).
③ Hiệu suất vòng lặp hiện tại yếu
vấn đề: Quá trình theo dõi hiện tại bị chậm do băng thông thấp, lỗi cảm biến hoặc thời gian chết của xung điện.
nguyên nhân: Cảm biến có độ phân giải thấp, tần số chuyển đổi không đủ.
Giải pháp:
• Tăng băng thông vòng lặp hiện tại.
• Sử dụng bù thời gian chết và điều chế SVPWM.
• Nâng cấp lên các cảm biến dòng điện có độ chính xác cao (ví dụ: Hiệu ứng Hall).
④ Kiểm soát suy yếu từ thông không đúng cách
vấn đề: Ở tốc độ cao, dòng điện trên trục d quá mức sẽ làm suy yếu từ thông nhưng gây lãng phí năng lượng.
nguyên nhân: Chiến lược MTPA (Mô-men xoắn tối đa trên mỗi Ampe) hoặc MTPV (Mô-men xoắn tối đa trên mỗi vôn) dưới mức tối ưu.
Giải pháp:
• Triển khai các thuật toán làm suy yếu từ thông thích ứng.
• Tối ưu hóa tỷ lệ dòng điện trục d-q một cách linh hoạt.
⑤ Khử từ nam châm vĩnh cửu
vấn đề: Tổn thất từ thông PM làm giảm khả năng mô-men xoắn.
nguyên nhân: Quá nóng, quá dòng hoặc lão hóa.
Giải pháp:
• Sử dụng nam châm có độ kháng từ cao (ví dụ: NdFeB).
• Theo dõi nhiệt độ và tránh tình trạng quá tải.
⑥ Lỗi cuộn dây
vấn đề: Đoản mạch/cuộn dây hở mạch làm sai lệch sự phân bố dòng điện.
nguyên nhân: Đánh thủng cách điện, ứng suất cơ học.
Giải pháp:
• Thực hiện kiểm tra megohm hoặc kiểm tra đột biến điện.
• Sửa chữa/thay thế các cuộn dây bị hư hỏng.
⑦ Tải cơ học quá mức
vấn đề: Động cơ tiêu thụ dòng điện cao nhưng bị treo khi có tải.
nguyên nhân: Ma sát, lệch trục hoặc động cơ có kích thước nhỏ.
Giải pháp:
• Kiểm tra độ bôi trơn ổ trục và căn chỉnh cơ khí.
• Thay đổi kích thước động cơ hoặc giảm quán tính tải.
⑧ Điện áp nguồn thấp
vấn đề: Điện áp không đủ sẽ hạn chế mô-men xoắn đầu ra mặc dù dòng điện cao.
nguyên nhân: Nguồn điện yếu hoặc mất cáp.
Giải pháp:
• Kiểm tra điện áp bus DC.
• Sử dụng cáp dày hơn hoặc bộ tăng áp.
Để xác định vấn đề:
Quan sát: Tiếng ồn/rung động bất thường? Quá nóng?
Đo lường: So sánh dòng điện pha, điện áp và nhiệt độ với thông số kỹ thuật.
Phân tích: Kiểm tra nhật ký lỗi biến tần hoặc sử dụng phân tích FFT để tìm sóng hài.
Kiểm tra: Tháo rời để kiểm tra nam châm, cuộn dây và vòng bi.
Đối với hệ thống điều khiển:
• Triển khai các thiết bị quan sát không cảm biến (ví dụ: SMO, EKF) để đảm bảo độ tin cậy.
• Sử dụng tính năng thích ứng tham số trực tuyến để bù lão hóa.
Đối với phần cứng:
• Nâng cấp lên cảm biến dòng điện gợn sóng thấp.
• Bôi keo tản nhiệt để cải thiện khả năng làm mát.
“Dòng điện cao, mô-men xoắn thấp” thường là nguyên nhân vấn đề cấp hệ thống—yêu cầu kiểm tra xuyên suốtcác thông số, vòng điều khiển, cơ khí và nguồn điện. Bằng cách chẩn đoán và giải quyết một cách có phương pháp từng nguyên nhân tiềm ẩn, các kỹ sư có thể khôi phục Động cơ PMSM hiệu suất và hiệu quả.
Chìa khóa rút ra:
Vấn đề chính xác: Hiệu chỉnh các thông số và điều chỉnh bộ điều khiển một cách chặt chẽ.
Theo dõi sức khỏe: Phát hiện sớm các lỗi khử từ hoặc lỗi cuộn dây.
Thích ứng: Sử dụng các thuật toán nâng cao để thay đổi điều kiện vận hành.
Giải câu đố và PMSM của bạn sẽ cung cấp mô-men xoắn mà nó có thể tạo ra!
