Điều khiển động cơ PMSM

TÓM TẮT
Động cơ PMSM đƣợc sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp bởi
các ƣu điểm vƣợt trội so với các động cơ khác đó là hiệu suất cao, mật độ công suất
cao, có vùng công suất không đổi lớn. Để đạt đƣợc hiệu suất cao trong điều khiển
hƣớng từ thông thì thông tin chính xác về vị trí rotor, thƣờng đƣợc đo bằng các các
bộ bộ mã hóa và các bộ phân tích là không thể thiếu. Tuy nhiên, việc sử dụng các
cảm biến sẽ làm tăng giá thành, kích thƣớc, khối lƣợng và làm phức tạp hệ thống
dây điện và sẽ giảm đi sức mạnh động cơ và giảm độ tin cậy của toàn hệ thống
truyền động PMSM. Các hệ thống điều khiển động cơ PMSM không cảm biến đƣợc
đề xuất để giảm thiểu nhƣợc điểm của phƣơng pháp điều khiển có cảm biến và đã
thu đƣợc nhiều kết quả tích cực.
Trong vấn đề điều khiển các hệ thống truyền động yêu cầu cần phải sử dụng
các động cơ điều khiển song song nhiều động cơ có vận tốc giống nhau cùng phối
hợp hoạt động nhƣ các hệ thống băng chuyền. Việc điều khiển các động cơ bởi các
bộ điều khiển khác nhau gây ra nhiều trở ngại trong vấn đề phối hợp điều khiển, sự
phức tạp phần cứng tăng cao, tăng giá thành sản phẩm. Giải pháp đƣợc đề xuất là đề
xuất một bộ điều khiển có khả năng điều khiển cùng lúc hai hay nhiều động cơ.
Luận văn đề xuất giải pháp điều khiển song song hai động cơ đồng bộ nam châm
vĩnh cửu (PMSM) từ một bộ điều khiển TMS320F28035.
Trong luận văn hai động cơ PMSM đƣợc điều khiển cùng lúc bằng card điều
khiển TMS320F28035 bằng phƣơng pháp điều khiển không cảm biến dựa trên
hƣớng từ thông (FOC). Luận văn trình bày các vấn đề sau:
- Các lý thuyết cơ bản trong nguyên lý điều khiển động cơ theo phƣơng pháp
FOC
- Nguyên tắc xây dựng từng phần các khối phần mềm trong điều khiển FOC
- Nguyên tắc điều khiển cùng lúc hai động cơ PMSM
- Kết quả thực nghiệm trên mô hình

i

ABSTRACT
Permanent-magnet synchronous machines (PMSMs) are widely used in
industrial applications owing to their distinctive advantages, such as high efficiency,
high power density, and wide constant power region. To achieve high-performance
field oriented control, accurate rotor position information, which is usually
measured by rotary encoders or resolvers, is indispensable. However, the use of
these sensors increases the cost, size, weight, and wiring complexity and reduces the
mechanical robustness and the reliability of the overall PMSM drive systems.
Sensorless PMSM drive systems were proposed to reduce disadvantage of sensored
PMSM drive systems.
Currently, there are some electric drive systems required some motor were
drived with the same speed for cooperating together such as conveyor belt. Each
motor with individual controller content complex controlling, more components,
increasing cost. An approach was proposed to overcome this problem is use a
controller which can drive multiple PMSM simultaneously. This thesis proposed a
approach driving multiple PMSM simultaneously based on TMS320F28035
controller card.
Digital vector control algorithms were known as field orientated control
(FOC) was applied in this thesis. The thesis covers the following:
- A theoretical background on field oriented motor control principle
- Incremental build levels based on modular software blocks
- Principle to control multiple PMSM simultaneously
- Experimental results

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..............................................................Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ....................................................................Error! Bookmark not defined.

TÓM TẮT ............................................................................................................................ i
MỤC LỤC .......................................................................................................................... iii
MỤC LỤC CÁC HÌNH ..................................................................................................... vi
GIỚI THIỆU ....................................................................................................................... 1
I. Đặt vấn đề ........................................................................................................................ 1
II. Mục tiêu của luận văn..................................................................................................... 2
III. Nhiệm vụ của luận văn .................................................................................................. 3
IV. Phạm vi nghiên cứu....................................................................................................... 3
V. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................................ 4
VI. Điểm mới của luận văn ................................................................................................. 4
VII. Giá trị thực tiễn của đề tài ........................................................................................... 4
VIII. Nội dung luận văn ...................................................................................................... 5
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐỘNG CƠ PMSM ............................................. 7
1.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSM. ............................................................. 7
1.2 Phân loại PMSM. .......................................................................................................... 7
1.3 Ứng dụng truyền động của PMSM ............................................................................... 9
1.4 Vật liệu làm nam châm vĩnh cửu. ............................................................................... 11
1.5 Phƣơng trình toán của PMSM. .................................................................................... 12
1.5.1 Phƣơng trình toán trong miền pha abc................................................................. 12
1.5.2 Phƣơng trình trong hệ tọa độ trực giao dq0 ......................................................... 17
1.6 Các phƣơng pháp điều khiển vận tốc PMSM cơ bản. ................................................. 19
1.6.1 Phƣơng pháp điều khiển theo V/f. ....................................................................... 19
1.6.2 Phƣơng pháp điều khiển mô men và vận tốc vòng kín........................................ 21
1.7 Vấn đề loại bỏ cảm biến vị trí rotor. ........................................................................... 22
1.8 Hƣớng nghiên cứu của luận văn.................................................................................. 23
iii


Chƣơng 2: ĐIỀU KHIỂN VẬN TỐC PMSM KHÔNG CẢM BIẾN .............................. 25
2.1 Kỹ thuật ƣớc lƣợng vị trí/vận tốc rotor cho PMSM .................................................... 25

2.1.1 Phƣơng pháp cảm biến vị trí gián tiếp ................................................................. 26
2.1.2 Phƣơng pháp dựa trên mô hình ............................................................................ 28
2.1.2.1 Mô hình động của PMSM thƣờng gặp ......................................................... 29
2.1.2.2 Tính toán vòng hở ........................................................................................ 30
2.1.2.3 Bộ quan sát vòng kín .................................................................................... 34
2.2 Phƣơng pháp điều khiển PMSM dựa trên hƣớng từ thông ......................................... 37
2.2.1 Biến đổi Clark ...................................................................................................... 38
2.2.2 Biến đổi Park ....................................................................................................... 39
2.2.3 Điều khiển PI ....................................................................................................... 39
2.2.4 Biến đổi Park ngƣợc ............................................................................................ 40
2.2.5 Biến đổi Clark ngƣợc ........................................................................................... 40
2.2.6 Điều chế vector không gian ................................................................................. 41
2.3 Phƣơng pháp điều khiển FOC không cảm biến .......................................................... 42
2.3.1 Nguyên lý điều khiển FOC không cảm biến ....................................................... 42
2.3.2 Nguyên lý làm việc của bộ quan sát chế độ trƣợt ................................................ 44
2.4 Điều khiển đồng thời nhiều PMSM ............................................................................ 49
Chƣơng 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM.................................................... 51
3.1 Tổng quan bộ điều khiển PMSM ................................................................................ 51
3.2 Board công suất và thiết bị ngoại vi ............................................................................ 52
3.3 Động cơ PMSM .......................................................................................................... 55
3.4 Card điều khiển TMS320F28035. ............................................................................... 56
3.5 Sơ đồ khối chƣơng trình thực nghiệm......................................................................... 59
3.6 Mô hình chƣơng trình nhúng trên phần mềm Matlab ................................................. 59
Chƣơng 4: THỰC NGHIỆM ĐIỀU KHIỂN PMSM ........................................................ 61
4.1 Kết quả thực nghiệm trên động cơ PMSM 1 .............................................................. 61
4.1.1 Vận tốc động cơ 600 rpm .................................................................................... 61
4.1.2 Vận tốc động cơ 800 rpm .................................................................................... 61

iv

4.1.3 Vận tốc động cơ 1000 rpm .................................................................................. 62
4.1.4 Vận tốc động cơ thay đổi ..................................................................................... 63
4.2 Kết quả thực nghiệm trên động cơ PMSM 2 .............................................................. 64
4.2.1 Vận tốc động cơ 600 rpm .................................................................................... 64
4.2.2 Vận tốc động cơ 800 rpm .................................................................................... 65
4.2.3 Vận tốc động cơ 1000 rpm .................................................................................. 66
4.2.4 Vận tốc động cơ thay đổi ..................................................................................... 67
4.3 Thay đổi vận tốc PMSM 1 khi vận tốc PMSM 2 cố định ........................................... 68
4.4 Thay đổi vận tốc PMSM 2 khi vận tốc PMSM 1 cố định ........................................... 70
4.5 Thay đổi vận tốc đồng thời cả hai PMSM .................................................................. 71
4.7 Nhận xét kết quả mô phỏng ........................................................................................ 74
4.8 Kết luận và hƣớng phát triển đề tài. ............................................................................ 74
4.8.1. Kết luận ............................................................................................................... 74
4.8.2. Hƣớng phát triển ................................................................................................. 75
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 76

v


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 1. 1 Động cơ PMSM .................................................................................................. 7
Hình 1. 2 Minh họa các kiểu PMSM cơ bản: SPMSM và IPMSM .................................... 8
Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý của WECS biến đổi công suất toàn bộ dùng PMSM ............ 10
Hình 1. 4 Mô hình tƣơng đƣơng cơ khí và điện của PMSM ............................................ 12
Hình 1. 5 Ý tƣởng tự động bộ cho PMSM dựa trên hồi tiếp vị trí rotor ........................... 19
Hình 1. 6 Giải pháp điều khiển V/f vòng hở có thể dùng cho IPMSM với cuộn dây
rotor lồng sóc..................................................................................................................... 20
Hình 1. 7 phƣơng pháp điều khiển V/f cho PMSM trong trƣờng hợp không có cuộn
dây rotor lồng sóc .............................................................................................................. 21

Hình 1. 8 Sơ đồ khối nguyên lý điều khiển PMSM trong bộ điều khiển kết hợp mô
men và vận tốc. ................................................................................................................. 21
Hình 1. 9 Phƣơng pháp điều khiển V/f cho PMSM không dùng cảm biến vị trí góc
rotor. .................................................................................................................................. 23
Hình 1. 10 Nguyên lý điều khiển vận tốc và mô men cho PMSM loại bỏ cảm biến vị
trí góc rotor. ....................................................................................................................... 23
Hình 2. 1 Mô tả ba phƣơng pháp chính để tính toán thông tin vị trí rotor không dùng
cảm biến vị trí.................................................................................................................... 26
Hình 2. 2 Mối liên hệ giữa tín hiệu điều khiển và EMF ngƣợc trong [39] ....................... 27
Hình 2. 3 Phân bố thực tế của thành phần cơ bản và hài bậc ba mật độ từ thông khe
hở không khí trong máy điện cảm ứng hoạt động tại tốc độ định mức ............................ 27
Hình 2. 4 Định nghĩa các hệ quy chiếu cho mô hình PMSM ........................................... 29
Hình 2. 5 Mô tả một bộ quan sát vòng kín cho ƣớc lƣợng vị trí rotor .............................. 34
Hình 2. 6 Mô tả bộ quan sát tuyến tính và bộ quan sát phi tuyến ..................................... 36
Hình 2. 7 Sơ đồ khối điều khiển PMSM dựa trên hƣớng từ thông ................................... 38
Hình 2. 8 Biến đổi Clark ................................................................................................... 39
Hình 2. 9 Biến đổi Park ..................................................................................................... 39
Hình 2. 10 Nguyên tắc hoạt động trong khối điều chỉnh PI.............................................. 40
Hình 2. 11 Chuyển đổi Park ngƣợc ................................................................................... 40
vi


Hình 2. 12 Biến đổi Clark ngƣợc ...................................................................................... 41
Hình 2. 13 Điều chế vector không gian ............................................................................ 42
Hình 2. 14 Trung bình của điều chế vector không gian .................................................... 42
Hình 2. 15 Nguyên lý điều khiển PMSM có cảm biến dựa trên FOC .............................. 43
Hình 2. 16 Nguyên lý điều khiển PMSM không cảm biến dựa trên FOC ........................ 44
Hình 2. 17 Mối liên hệ giữa vị trí góc rotor và sức điện động ngƣợc của động cơ. ......... 45
Hình 2. 18 Sơ đồ tƣơng động cơ PMSM trên từng pha .................................................... 45
Hình 2. 19 Nguyên lý hoạt động của bộ quan sát chế độ trƣợt ......................................... 47

Hình 2. 20 Nguyên lý ƣơc lƣợng vị trí góc rotor .............................................................. 47
Hình 2. 21 Nguyên tắc ƣớc lƣợng vị trí và vận tốc rotor .................................................. 48
Hình 2. 22 Nguyên lý hoạt động của bộ SMC .................................................................. 49
Hình 2. 23 Mô hình điều khiển đồng thời hai động cơ PMSM ........................................ 50
Hình 3. 1 Tổng quan mô hình điều khiển đồng thời hai PMSM....................................... 52
Hình 3. 2 Bố trí linh kiện, thiết bị trên board mạch chính ................................................ 54
Hình 3. 3 Động cơ PMSM đƣợc dùng trong mô phỏng .................................................... 55
Hình 3. 4 Hình ảnh card điều khiển TMS320F28035 ....................................................... 57
Hình 3. 5 Sơ đồ khối xây dựng hệ thống điều khiển PMSMError! Bookmark not defined.
Hình 3. 6 Sơ đồ khối phần nhúng cho TMS320F28035 từ MatLab/Simulink ................. 60
Hình 4. 1 Vận tốc động cơ PMSM 1 tại 600 rpm ............................................................. 61
Hình 4. 2 Vận tốc động cơ PMSM 1 tại 800 rpm ............................................................. 62
Hình 4. 3 Vận tốc động cơ PMSM 1 tại 1000 rpm ........................................................... 63
Hình 4. 4 Vận tốc động cơ PMSM 1 tại 800-600-1000-800-600 rpm .............................. 64
Hình 4. 5 Vận tốc động cơ PMSM 2 tại 600 rpm ............................................................. 65
Hình 4. 6 Vận tốc động cơ PMSM 2 tại 800 rpm ............................................................. 66
Hình 4. 7 Vận tốc động cơ PMSM 2 tại 1000 rpm ........................................................... 67
Hình 4. 8 Vận tốc động cơ PMSM 1 tại 800-600-1000-800-600 rpm .............................. 68
Hình 4. 9 Vận tốc PMSM 1 thay đổi và PMSM 2 cố định ............................................... 69
Hình 4. 10 Vận tốc PMSM 2 thay đổi và PMSM 1 cố định ............................................. 71
Hình 4. 11 Vận tốc hai PMSM cùng thay đổi ................................................................... 72

vii


Hình 4. 12 Vị trí rotor ƣớc lƣợng đƣợc ............................................................................. 73
Hình 4. 13 Vận tốc rotor ƣớc lƣợng .................................................................................. 73
Hình 4. 14 Mô men động cơ ............................................................................................. 73
Hình 4. 15 Dòng điện trên ba pha của động cơ ................................................................. 73
Hình 4. 16 Dòng điện stator trong tọa độ dq ..................................................................... 73

viii


GIỚI THIỆU
I. Đặt vấn đề
Do có nhiều thuận lợi trong điều khiển vận tốc và mô men, hệ thống truyền động
máy điện DC đã đƣợc ƣu tiên ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp khác nhau
trong hơn 100 năm qua. Trong 30 năm trở lại đây, với sự phát triển của điện tử công
suất, bộ điều khiển số (digital signal processor-DSP) và công nghệ thiết kế có sự hỗ trợ
từ máy tính, các bộ điều khiển động cơ AC [1-3] đã dần thay thế các bộ điều khiển
động cơ DC và có vai trò ngày càng quan trọng trong các ứng dụng điều khiển tần số
thay đổi. Hiện tại, các kiểu khác nhau của điều khiển AC dùng trong máy điện cảm ứng
(induction machines-IM), động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (permanent magnet
synchronous machines-PMSM), động cơ từ trở chuyển mạch (switched reluctance
machines-SRM) đƣợc dùng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp.
Trong số các bộ truyền động động cơ AC, hệ thống điều khiển PMSM đƣợc dùng
nhiều nhất, chúng đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp nhƣ là thiết bị trong
nhà [4], hệ thống xe điện [5], và hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió (wind energy
conversion systems-WECS) [6], bởi các ƣu điểm vƣợt trội là hiệu suất cao, mật độ
công suất lớn và vùng hằng số công suất rộng. Với việc giảm giá liên tục của các vật
liệu nam châm vĩnh cửu và sự phát triển của công nghệ điều khiển, truyền động PMSM
càng trở nên hấp dẫn và cạnh tranh so với các động cơ khác [7]. Ngoài ra, do các vấn
đề toàn cầu về ô nhiễm môi trƣờng và an ninh năng lƣợng ngày càng đƣợc quan tâm
chú ý, các hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió và các xe chạy điện nhận đƣợc nhiều sự
quan tâm cả trong học thuật và trong ứng dụng tại các công ty sản xuất. Đây là một thị
trƣờng rộng lớn cho công nghệ điều khiển PMSM.
Trong điều khiển PMSM có cảm biến, việc sử dụng các cảm biến sẽ làm tăng giá
thành, kích thƣớc, khối lƣợng và làm phức tạp hệ thống dây điện và sẽ giảm đi sức
mạnh động cơ và giảm độ tin cậy của toàn hệ thống truyền động PMSM. Đây là một

trở ngại không nhỏ trong việc ứng dụng PMSM vào trong sản xuất và đời sống. Để giải
quyết các vấn đề phát sinh do sử dụng cảm biến gây ra, các hệ thống điều khiển động
1


cơ PMSM không cảm biến đƣợc đề xuất và đã thu đƣợc nhiều kết quả tích cực qua các
nghiên cứu [8-12].
Ngoài ra, trong vấn đề truyền động điện, nhiều ứng dụng yêu cầu phải có hai hay
nhiều động cơ hoạt động với cùng một mức vận tốc nhƣ trong các ứng dụng băng
chuyền, các dây chuyền sản xuất thép… điều này đòi hỏi phải có sự điều khiển phối
hợp giữa các động cơ PMSM với nhau. Chính điều này nên luận văn tập trung vào việc
điều khiển hai PMSM cùng lúc bằng phƣơng pháp điều khiển dựa trên hƣớng từ thông
nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống và giải quyết vấn đề đa điều khiển
trong các bộ điều khiển hiện đại.
II. Mục tiêu của luận văn
Mục tiêu nghiên cứu trong luận văn là phát triển hệ thống điều khiển không cảm
biến vị trí/vận tốc rotor có thể thay thế cho các hệ thống điều khiển có cảm biến cho
các động cơ PMSM trong toàn bộ dãy hoạt động. Điều khiển không cảm biến cung cấp
một giải pháp hiệu quả để giải quyết vấn đề phát sinh trong việc dùng các cảm biến vị
trí cơ cấu cơ điện tử trong hệ thống điều khiển PMSM. Đầu tiên, nó cung cấp giải pháp
thay thế cho điều khiển có cảm biến hiện tại cho PMSM với việc giảm chi phí, kích
thƣớc, khối lƣợng và sự phức tạp phần cứng. Thứ hai, nó có thể đƣợc sử dụng nhƣ là
một bổ sung (sao lƣu) trong các hệ thống điều khiển dựa trên cảm biến. Khi các cảm
biến gặp sự cố, điều khiển không cảm biến đảm bảo rằng hệ thống điều khiển PMSM
có thể tiếp tục hoạt động một cách chính xác. Điều này giúp tránh cho việc hỏng hóc
các thiết bị khác bởi sự hƣ hỏng cảm biến và hệ thống điều khiển. Cuối cùng, vị trí và
vận tốc rotor đƣợc tính toán và các biến trạng thái khác của PMSM có thể đƣợc dùng
để giám sát các điều kiện các cảm biến cơ điện và các thành phần khác của PMSM.
Giúp giảm tỉ lệ và mức độ hƣ hỏng, tiết kiệm chi phí bảo trì và cải thiện độ tin cậy của
hệ thống điều khiển PMSM.

Để thực hiện đƣợc mục tiêu trên, mục tiêu chính của luận văn đƣợc đƣa ra nhƣ
sau:

2


- Đề xuất giải thuật có thể áp dụng để điều khiển vận tốc động cơ PMSM trong
một dãy công suất rộng. Công việc này giúp nâng cao hiệu quả làm việc của
động cơ.
- Sử dụng các phƣơng pháp số hóa khác nhau để thực nghiệm điều khiển động
cơ PMSM trong các bộ điều khiển số.
- Thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM để đánh giá hiệu quả hoạt động của
phƣơng pháp điều khiển động cơ PMSM đƣợc đề xuất.
- Thực nghiệm điều khiển động cơ PMSM để đánh giá hiệu quả điều khiển cùng
lúc hai động cơ PMSM.
III. Nhiệm vụ của luận văn
Luận văn “Điều khiển động cơ PMSM không cảm biến” có những nội dung chính
nhƣ sau:
- Tìm hiểu về động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu qua ứng dụng cấu tạo,
nguyên lý hoạt động, phƣơng trình toán học tƣơng đƣơng của PMSM.
- Tìm hiểu tổng quan về các phƣơng pháp điều khiển vận tốc PMSM hiện nay.
- Nghiên cứu về phƣơng pháp điều khiển trƣợt và áp dụng phƣơng pháp điều
khiển trƣợt trong điều khiển vận tốc PMSM.
- Nghiên cứu về Board điều khiển Dual Motor Control and PFC Developer's Kit
và Card điều khiển Piccolo TMX320F28035 trong điều khiển PMSM
- Thực nghiệm điều khiển động PMSM bằng phƣơng pháp điều khiển FOC với
bộ quan sát theo chế độ trƣợt bằng nhiều phƣơng pháp điều khiển số khác
nhau.
- Đánh giá kết quả đạt đƣợc qua các phƣơng pháp điều khiển số khác nhau đã
thực nghiệm.

IV. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu cấu trúc, nguyên lý hoạt động của động cơ PMSM
- Nghiên cứu về các phƣơng pháp điều khiển PMSM
- Sử dụng bộ kit chuyên dụng của TI để điều khiển PMSM theo phƣơng pháp
điều khiển FOC với bộ quan sát theo chế độ trƣợt.

3


- Sử dụng bộ kit chuyên dụng của TI để điều khiển PMSM theo phƣơng pháp
điều khiển FOC với việc điều khiển cùng lúc hai động cơ PMSM.
V. Phương pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và mô hình toán PMSM
- Nghiên cứu các giải thuật điều khiển PMSM
- Nghiên cứu lập trình C cho card điều khiển DSP trong điều khiển động cơ
PMSM
- Nghiên cứu vấn đề điều khiển song song hai động cơ PMSM trên cùng một bộ
điều khiển.
- Ghi nhận kết quả sau mô phỏng và đánh giá kết quả.
VI. Điểm mới của luận văn
Luận văn đã thực nghiệm thành công việc điều khiển vận tốc động cơ PMSM
theo phƣơng pháp trƣợt. Đây là tiền đề quan trọng để ứng dụng mô hình điều khiển vào
thực tiễn sản xuất. Với việc áp dụng phƣơng pháp điều khiển trƣợt vào điều khiển vận
tốc động cơ, nhƣợc điểm giảm hiệu quả điều khiển khi có sự thay đổi vận tốc động cơ.
Trong quá trình thực nghiệm, kết quả thu đƣợc trong luận văn có thể áp dụng vào
việc thiết kế các bộ điều khiển hoàn thiện đƣa vào vận hành trong thực tế. Đây là điểm
quan trọng mà các mô hình mô phỏng không thể làm đƣợc ngay.
Ngoài ra, với việc điều khiển cùng lúc hai động cơ PMSM chạy đồng thời, luận
văn cung cấp một giải pháp tiết kiệm chi phí thiết bị cũng nhƣ bảo trì bảo dƣỡng trong

quá trình vận hành hệ thống truyền động song song trong nhiều ứng dụng công nghiệp
hiện nay.
VII. Giá trị thực tiễn của đề tài
Luận văn đã mô phỏng trên mô hình vật lý về điều khiển PMSM, đây là kết quả
quan trọng vì qua mô phỏng với một PMSM thực tế sẽ có thể thu đƣợc rất nhiều kết
quả về sự ảnh hƣởng của các yếu tố thực tế không đƣợc mô hình hóa hay bị bỏ qua
trong việc xây dựng mô hình toán của PMSM trong mô phỏng.

4


Qua luận văn, các phƣơng pháp số hóa tín hiệu điều khiển đƣợc áp dụng nhằm so
sánh và đƣa ra khuyến nghị trong việc lựa chọn, phối hợp và áp dụng phƣơng pháp số
hóa hợp lý trong điều kiện thực tế cụ thể.
Với kết quả thu đƣợc trong điều khiển PMSM bằng mô hình vật lý, kết quả thu
đƣợc trong luận văn hoàn toàn có thể đƣợc ứng dụng vào thực tiễn và bán ra thị trƣờng.
Đây là đóng góp lớn với xã hội nói chung khi đƣa kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản
xuất.
Với yêu cầu tự động hóa ngày càng cao để tiết giảm chi phí, nâng cao hiệu quả
hoạt động, việc điều khiển song song hai hay nhiều hơn các PMSM từ một bộ điều
khiển sẽ là một yếu tố quan trọng trong giảm giá thành thiết bị, giảm tỉ lệ hƣ hỏng thiết
bị, giảm chi phí vận hành và bảo trì thiết bị.
VIII. Nội dung luận văn
Với những nội dung đã phân tích nhƣ các phần trên, nội dung luận văn đƣợc trình
bày thành các chƣơng với nội dung chính các chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan về vấn đề động cơ PMSM. Trong đó: bao gồm
cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, mô hình toán và các phƣơng pháp điều khiển
cơ bản trong PMSM.
Chƣơng 2: Trình bày về vấn đề điều khiển vận tốc PMSM không cảm biến. Các
nguyên tắc ƣớc lƣợng vị trí không cảm biến và điều khiển vận tốc PMSM theo giải

thuật FOC. Các phân tích về mặt toán học đƣợc trình bày cụ thể về vấn đề điều khiển
PMSM theo FOC.
Chƣơng 3: Trình bày cách xây dựng một mô hình thực nghiệm trong điều khiển
PMSM không cảm biến. Trong chƣơng sẽ trình bày cụ thể các thiết bị, linh kiện cần
thiết để có thể điều khiển PMSM.
Chƣơng 4: Trình bày kết quả thực nghiệm trong vấn đề điều khiển 2 PMSM đƣợc
đề xuất trong luận văn. Trong chƣơng này, các kết quả thu đƣợc qua thực nghiệm sẽ
đƣợc đƣa ra phân tích và đánh giá về hiệu quả điều khiển của phƣơng pháp điều khiển
đa động cơ PMSM. Tổng kết lại các kết quả đã đạt đƣợc trong luận văn và hƣớng phát
triển tiếp theo của đề tài.

5


6


Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ ĐỘNG CƠ PMSM
1.1 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSM.
Máy điện nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet - PM) là máy điện đƣợc kích từ
kép, chúng có hai nguồn kích từ cụ thể là phần ứng và phần thực. Máy điện kích thích
nguồn đôi thông thƣờng (máy đảo chiều DC và động cơ đồng bộ), cả hai nguồn đều là
các cuộn dây đƣợc nối vào nguồn điện bên ngoài. Trong các máy điện PM, từ trƣờng
đƣợc tạo ra bằng các PM nên không cần dùng đến các cuộn dây và nguồn điện bên
ngoài cấp cho chúng.

Hình 1. 1 Động cơ PMSM
Khác với các các máy điện kích từ kép truyền thống, tổn hao đồng liên quan đến
từ thông sinh ra trong cuộn dây đã không xuất hiện trong các máy điện PM, điều này
giúp tăng hiệu quả của động cơ. Ngoài ra, việc dùng các PM để tạo nên từ trƣờng cho

phép thiết kế nên các máy điện với kích thƣớc nhẹ hơn và cũng nhỏ gọn hơn. Mặt
khác, trong máy điện PM, nam châm vĩnh cửu tạo nên vùng từ thông có thông lƣợng là
hằng số và hầu nhƣ không thể điều khiển dễ nhƣ là các máy điện truyền thống khác
bằng cách thay đổi dòng kích từ.
1.2 Phân loại PMSM.
7


Nhìn chung, phần lớn các động cơ PMSM hiện nay [13] gồm stator ở phía ngoài
với các dây dẫn và một rotor có nam châm vĩnh cửu. Theo cấu tạo rotor, các động cơ
PMSM với một sức điện động ngƣợc hình sine có thể đƣợc phân loại thành hai nhóm
chính: PMSM cực ẩn, ví dụ PMSM có nam châm vĩnh cửu gắn trên bề mặt rotor
(SPMSM), và PMSM cực lồi, ví dụ động cơ PMSM cực chìm (IPMSM). Sự so sánh
giữa hai loại động cơ PMSM này đƣợc đƣa ra chi tiết trong [14, 15].
Mặt cắt ngang của SPMSM điển hình đƣợc đƣa ra nhƣ trong hình 1.2a. Nam
châm vĩnh cửu đƣợc gắn trên bề mặt của trục rotor, SPMSM có khe hở không khí phân
bố đều. Thuộc tính này làm cho điện cảm dọc trục và điện cảm ngang trục là bằng
nhau. Kết quả là SPMSM chỉ tạo ra một mô men từ. So với IPMSM, SPMSM gần nhƣ
bị giới hạn khả năng tạo từ thông. Cấu hình rotor đƣợc gắn nam châm trên bề mặt sẽ
đơn giản trong sản xuất và lắp đặt. Tuy nhiên, các nam châm vĩnh cửu xuất hiện trực
tiếp tại vùng phản kháng của phần ứng sẽ có nguy cơ bị từ khử. Do cấu trúc rotor gắn
bề mặt, tốc độ quay của trục sẽ bị giới hạn để các nam châm vĩnh cửu tại bề mặt rotor
chống lại ảnh hƣởng của lực ly tâm. Do đó, SPMSM thƣờng đƣợc dùng trong các ứng
dụng tốc độ thấp ví dụ nhƣ hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió và các thiết bị trong
nhà.

Hình 1. 2 Minh họa các kiểu PMSM cơ bản: SPMSM và IPMSM
Mặt cắt ngang điển hình của một IPMSM đƣợc đƣa ra nhƣ trong hình 1.2b, các
nam châm đƣợc đặt phía trong lõi sắt rotor, điều này giảm thiểu đáng kể nguy cơ từ
hóa của các nam châm vĩnh cửu trong quá trình hoạt động. Do là rotor cực lồi, điện

8


cảm dọc trục và điện cảm ngang trục là khác nhau. Điều này làm xuất hiện đồng thời
mô men của nam châm và mô men từ trở đều tham gia vào mô men tổng sinh ra trong
động cơ IPMSM. Do đó, IPMSM đƣợc dùng nhiều trong trong các hệ thống xe điện do
đặc điểm giảm từ thông lớn và có khả năng sinh mô men cao.
1.3 Ứng dụng truyền động của PMSM
PMSM rất đƣợc quan tâm áp dụng trong nhiều lĩnh vực, ví dụ nhƣ hệ thống điều
khiển sức kéo bằng điện (electric traction drive systems-ETDS), trong các phƣơng tiện
chạy điện và trong các máy phát đồng bộ nam châm vĩnh cửu trong hệ thống chuyển
đổi năng lƣợng gió tốc độ thay đổi (WECSs), trong các ứng dụng yêu cầu mật độ công
suất và năng lƣợng cao trong cùng điều kiện khối lƣợng và kích thƣớc.
Mỹ là quốc gia dẫn đầu về thị trƣờng cho các phƣơng tiện chạy điện tiên tiến [16]
ví dụ nhƣ các phƣơng tiện chạy điện và phối hợp điện-xăng (electric and hybrid
electric vehicles-EVs and HEVs), các thiết bị này đóng vai trò quan trọng trong việc
giảm kích thƣớc của các động cơ chạy xăng, Mỹ là nƣớc phụ thuộc vào xăng dầu bên
ngoài [16], và phát thải khí CO2 từ các phƣơng tiện vận chuyển. Khi so sánh với các hệ
thống truyền động sử dụng động cơ đốt trong thông thƣờng, các hệ thống truyền động
sử dụng điện [17-22] có công suất đỉnh cao hơn, cải thiện hiệu suất động, có đặc tính
mô men- tốc độ gần nhƣ lý tƣởng, hiệu suất sử dụng năng lƣợng tốt hơn và giảm thiểu
phát thải CO2. Tổng quát, motor động lực trong hệ thống truyền động điện đƣợc yêu
cầu cung cấp một mô men xoắn lớn trong vùng tốc độ thấp (trong điều kiện khởi động)
và dãy rộng có tốc độ cao và công suất không đổi. So sánh với các loại máy điện AC
khác, PMSM có thể là thiết kế tốt để có một vùng vận tốc rộng hơn có công suất không
đổi và hoạt động trong cả chế độ có mô men xoắn không đổi khi hoạt động dƣới vận
tốc cơ bản và chế độ công suất không đổi tại vận tốc trên định mức [23, 24]. Hơn nữa,
PMSM có mật độ công suất cao, mật độ mô men cao, hiệu suất cao, kích thƣớc nên
kích thƣớc tổng cộng của hệ thống truyền động đƣợc giảm thiểu rất nhiều, đây là đặc
điểm hấp dẫn trong ứng dụng phƣơng tiện di chuyển. Hiện nay, phƣơng tiện chạy điện

trang bị PMSM đã đƣợc sản xuất hàng loạt, ví dụ nhƣ Toyota’s Prius [25].

9


Tổng công suất lắp đặt điện gió đang phát triển bùng nổ trong thị trƣờng toàn cầu.
Theo một báo cáo của Hiệp hội Năng lƣợng gió thế giới [26], lắp đặt điện gió trên toàn
thế giới đã đạt 296 GW vào năm 2013. Trong số các cấu hình khác nhau của WECSs,
hệ thống WECS có tốc độ thay đổi dựa trên máy phát điện cảm ứng nguồn kép
(doubly-fed induction generator-DFIG) là công nghệ chiếm ƣu thế trên thị trƣờng từ
cuối những năm 1990 [27]. Tuy nhiên, tình trạng này đã thay đổi trong những năm gần
đây với xu hƣớng phát triển của WECSs với công suất lớn, chi phí thấp hơn cho mỗi
kW, tăng mật độ năng lƣợng, và sự cần thiết cho độ tin cậy cao hơn. Ngày càng có
nhiều chú ý đến hệ thống chuyển đổi trực tiếp, các khái niệm WECS không hộp số.

Hình 1. 3 Sơ đồ nguyên lý của WECS biến đổi công suất toàn bộ dùng PMSM
Trong các loại máy phát điện khác nhau, PMSG đã đƣợc nhìn nhận là tốt hơn
trong các ứng dụng WECS biến đổi công suất toàn bộ do ƣu thế về hiệu quả sử dụng
cao hơn, mật độ năng lƣợng cao hơn, chi phí bảo dƣỡng thấp hơn, và tƣơng thích lƣới
điện tốt hơn [28]. Tăng độ tin cậy cũng nhƣ hiệu suất cao hơn nhƣ trong mô tả trong
hình 1.3 làm cho PMSG thêm hấp dẫn với các thiết kế công suất hàng MW ngoài khơi,
nơi mà các WECS đƣợc lắp đặt trong điều kiện khắc nghiệt và ít tiếp xúc với môi
trƣờng
Tăng độ tin cậy cũng nhƣ hiệu suất cao hơn làm cho PMSG dựa trên trực tiếp ổ
WECSs, nhƣ thể hiện trong hình 1.3, hấp dẫn hơn trong MW đa ứng dụng ngoài khơi,
nơi WECSs đƣợc cài đặt trong khắc nghiệt và ít tiếp cận môi trƣờng bên ngoài [28].
Hiện tại, nhiều hệ thống chuyển đổi năng lƣợng gió thƣơng mại sử dụng PMSM đã có
mặt trên thị trƣờng, với dãy công suất từ vài trăm watt đến 6 MW [29-30]. Có nhiều
nhà sản xuất tham gia vào thị trƣờng điện gió dùng PMSM nhƣ là Siemens Wind
Power, General Electric Energy, Goldwind

10


1.4 Vật liệu làm nam châm vĩnh cửu.
Nam châm vĩnh cửu là loại nam châm đƣợc cấu tạo từ các vật liệu từ cứng có khả
năng giữ từ tính không bị mất đi trong từ trƣờng. Đây là loại nam châm đƣợc sử dụng
nhƣ những nguồn tạo từ trƣờng. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ vật
liệu, có nhiều phƣơng pháp và chất liệu khác nhau đƣợc sử dụng để tạo nên nam châm
vĩnh cửu. Dƣới đây là một số vật liệu đƣợc dùng chế tạo nam châm vĩnh cửu:
Ôxitsắt: đây là loại nam châm vĩnh cửu đầu tiên của con ngƣời đƣợc sử dụng từ
thời cổ đại xa xƣa. Chúng đƣợc sử dụng dƣới dạng các “đá nam châm”. Tuy nhiên
ngày nay thì loại nam châm này không còn đƣợc sử dụng nữa do tính của nó rất kém.
Thépcácbon: đây là loại nam châm vĩnh cửu đƣợc ra đời sau oxit sắt, đƣợc sử
dụng từ thế kỷ 18 đến giữa thế kỷ 20. Chúng có khả năng cho từ dƣ đến hơn 1 T, tuy
nhiên loại này cũng có lực kháng từ rất thấp vì vậy rất dễ bị mất tính từ và chúng
không còn đƣợc sử dụng hiện nay nữa.
Nam châm AlNiCo: là loại nam châm đƣợc chế tạo từ vật liệu từ cứng là hợp
kim của các chất nhƣ nhôm, niken, cô ban và một số phụ gia khác nhƣ đồng, titan…
Đây là loại nam châm cho từ dƣ cao khoảng từ 1.2 đến 1.5 T tuy nhiên có lực kháng từ
chỉ xung quanh 1 kOe và giá so với thị trƣờng cũng khá cao vì thế mà hiện nay tỉ lệ
ngƣời sử dụng ngày càng có xu hƣơng giảm dần ƣớc tính chỉ còn không đến khoảng
10% thị phần sử dụng nó.
Nam châm Ferrite từ cứng: Là loại nam châm vĩnh cửu đƣợc chế tạo từ các
ferittừ cứng nhƣ chất ferit Ba, Sr… Nam châm này với ƣu điểm là rất dễ dàng chế tạo
và gia công, mà giá thành lại rẻ nhƣng độ bền cao. Tuy nhiên, khó khăn ở đây là do
nhóm các vật liệu ferit từ có hàm lƣợng ôxy cao vì thế nên có từ độ khá thấp và có lực
kháng từ khoảng 3 đến 6 kOe nên nó có khả năng cho tích năng lƣợng từ cực đại lớn
nhất là 6 MGOe. Hiện nay loại nam châm này cũng đƣợc sử dụng khá nhiều do những
ƣu điểm kể trên của nó.
Nam châm đất hiếm: Là loại nam châm vĩnh cửu đƣợc chế tạo từ các vật liệu từ

cứng. Đó là các hợp kim hoặc hợp chất của các kim loại đất hiếm và kim loại chuyển

11


tiếp. Loại nam châm này có 2 dang đó là nam châm nhiệt độ cao SmCo và Nam châm
NdFeB (neodymium). Tuy nhiên giá cả của nó lại khá cao và độ bền kém nên nam
châm này vẫn không phải là loại nam châm đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay.
Nam châm tổ hợp nano: Đƣợc ra đời từ đầu thập kỷ 90 của thế kỷ 20, đây là
loại nam châm có cấu trúc khá đặc biệt gồm tổ hợp của 2 pha từ cứng và từ mềm ở
kích thƣớc nanomet. Với khả năng tích năng lƣợng từ khổng lồ gấp hơn 3 lần so với
các nam châm mạnh nhất hiện nay nhƣu nam châm NdFeB nhƣng loại nam châm này
còn đang trong gia đoạn thử nghiệm.
1.5 Phương trình toán của PMSM.
1.5.1 Phương trình toán trong miền pha abc
Để có đƣợc các mô hình toán học của PMSM chúng ta cần phải áp dụng, tƣơng
ứng, định luật thứ hai Kirchhoff và định luật thứ hai của Newton về các bộ phận điện
và cơ khí của động cơ.

Hình 1. 4 Mô hình tƣơng đƣơng cơ khí và điện của PMSM
Phần điện: Từ hình 1.4, định luật 2 Kirchhoff có thể đƣợc áp dụng vào phần điện
của động cơ ta thu đƣợc:

d a
,
dt
d b
ub  t   rs ib  t  
,
dt

d c
uc  t   rs ic  t  
,
dt
ua  t   rs ia  t  

1.1

12


u  t  , ub  t  , uc  t  ia , ib , ic
Với rs là thành phần điện trở của mỗi pha, a
và
lần lƣợt
là điện áp pha và dòng điện.

 a , b ,  c là các liên kết từ thông và bao gồm hai phần,

 a  Lsaaia  Lsabib  Lsacic  a e  ,
 b  Lsba ia  Lsbbib  Lsbcic  b e  ,
 c  Lsca ia  Lscbib  Lsccic  c e  ,

1.2 

Trong đó L biểu thị các điện cảm pha tƣơng ứng là

a , b , c , đại diện cho các liên

kết từ thông đƣợc cung cấp bởi các nam châm vĩnh cửu trong mỗi pha của stator.

Thông lƣợng này đƣợc coi là một hàm tuần của vị trí quay góc điện

e

Giả sử rằng các cuộn dây stator đƣợc phân bố hình sin, sau đó chúng ta có thể thể
hiện những mối liên hệ từ thông nam châm vĩnh cửu nhƣ sau

e aa e   m sin e 
2 

b e   m sin  e   
3 

2 

c e   m sin  e   
3 


1.3

Ba thành phần đầu tiên trong mỗi phƣơng trình (1.2) biễu diễn thông lƣợng từ hóa
gắn liền với độ từ cảm tự thân và từ cảm tƣơng hỗ của mỗi pha, điều này xuất phát từ
[26, p. 342-344] để thu đƣợc ma trận điện cảm từ hóa ba pha nhƣ thể hiện trong (1.4)

1
1 

L


L

L

Lm
sl
m
m

2
2 


1
1 

Ls   Lm Lsl  Lm  Lm
 2
2 
 1

1
  Lm  Lm Lsl  Lm 
2
 2

Với

Lsl

1.4 

là điển cảm tự thân của mỗi pha và

từ hóa.

13

Lm

là giá trị trung bình của điện cảm


Thay (1.3) và (1.4) vào phƣơng trình (1.2), có thể viết lại phƣơng trình (1.2) dƣới
dạng ma trận. Tổng thông lƣợng từ hóa, đƣợc tạo ra bởi cả hai loại điện cảm và nam
châm vĩnh cửu, đƣợc thể hiện nhƣ

 Lsl  Lm
 a  
     1 L
 b  2 m
  c  
  1 Lm
 2

1
 Lm
2
Lsl  Lm
1

 Lm
2



1

 Lm 
  sin   
m
e
2

 ia  

1
2 

 Lm  . ib   m sin   e    

2
3 

  ic  

2 

Lsl  Lm 

sin



 

m
e


3 



1.5

Phƣơng trình này có thể đƣợc viết dƣới dạng vector nhƣ trong (1.6)

1.6

 abc  Lsiabc  abc ,
Với

 abc , iabc , abc

là các vector 3x1, và

Ls là ma trận 3x3.

Do đó, chúng ta có thể viết mô hình phần điện, mô tả trong phƣơng trình (1.1),
trong một dạng ma trận nhƣ

uabc  Rsiabc 

d  abc
dt

1.7 

Bằng cách thay thế phƣơng trình (1.6) vào phƣơng trình (1.7) ta thu đƣợc

uabc  Rsiabc  Ls

diabc d  abc

dt
dt

1.8

mở rộng (1.8) ta nhận đƣợc phƣơng trình (1.9)

ua   rs
u    0
 b 
 uc   0

0
rs
0



 Lsl  Lm
0  ia  
1
0  . ib     Lm
 2
rs   ic  
  1 Lm
 2

1
 Lm
2
Lsl  Lm
1
 Lm
2

14

1

 Lm 
2
 ia 
1
 
 Lm  . ib 

2
 ic 

Lsl  Lm 





  sin   
m
e



2


 e m sin   e     ,
3 



2 


sin


 
 m
 e
3





1.9 

Điều này có thể đƣợc thể hiện dƣới dạng không gian trạng thái nhƣ (1.10)


 Lsl  Lm
ia 

 
 1L
i


b
 
 2 m
 ic 
 1
  Lm
 2

 Lsl  Lm

1
   Lm
 2

 1
  Lm
 2

 Lsl  Lm

1
e   Lm
 2
 1
  Lm
 2

1
 Lm
2
Lsl  Lm
1
 Lm
2
1
 Lm
2
Lsl  Lm
1
 Lm
2
1
 Lm
2

Lsl  Lm
1
 Lm
2

1



  rs
 .0
 
  0
Lsl  Lm 

1
 Lm
2
1
 Lm
2

0
rs
0

0  ia 
0  . ib 
rs   ic 

1



 ua 
 . u  
  b
  uc 
Lsl  Lm 

1
 Lm
2
1
 Lm
2

1

 


m sin e  

 

2
 .  sin      
 e


  m
3 





Lsl  Lm   sin    2   
 e

  m
3 


1
 Lm
2
1
 Lm
2

1.10 

Phần cơ: mô hình cơ của máy điện và phụ tải đƣợc biễu diễn đơn giản bằng cách
dùng định luật hai Newton. Từ hình 1.3 ta có

d 2m
J 2  Te  Bm  TL
dt

1.11
15


trong đó

 m là độ dịch chuyển góc cơ học của rotor; m là vận tốc góc của rotor; J

là moment quán tính; B là hệ số ma sát; và TL là mômen tải. Te đại diện cho mômen
điện từ đƣợc tạo ra và có thể đƣợc tính toán từ các đồng năng lƣợng Wc, đƣợc đƣa ra
bởi

1 2
Wc  Lsiabc
 iabc  abc  Wpm
2
W pm

Trong đó,

1
Wc  ia
2

Với

Ls ,Wpm

Te  P
ra bởi

là năng lƣợng tích trữ trong nam châm vĩnh cửu. do đó,

ib

ia 
ic  Ls ib   ia
 ic 

ib



  sin   
m
e



2


ic  m sin  e      W pm
3 



2 



sin


 
 m
 e
3




không là các hàm trong vị trí góc rotor

 e , mô men điện từ đƣợc đƣa

Wc
 e , với P là số cặp cực đông cơ.


2 
2 


Te  Pm  ia cos e   ib cos  e     ic cos  e    
3 
3 



Trong đó

ia , ib , ic

1.12 

là dòng điện stator hình sine ba pha, với giả định là ba pha cân

bằng và đặt lệch nhau 1200 nhƣ bên dƣới

ia  im cos et   im cos  e 
2 
2 


ib  im cos  et     im cos   e   
3 
3 


2 
2 


ic  im cos  et     im cos   e   
3 
3 


2 
2  3



cos 2 e   cos 2  e     cos 2  e    
3 
3  2 , do đó


về mặt lƣợng giác

16


Te 

3
Pmim
2

1.13

Từ phƣơng trình (1.11) đã đƣợc viết về vị trí góc cơ và tốc độ, nó cần phải đƣợc
thể hiện bằng vận tốc góc điện. Các mối quan hệ giữa các vị trí góc cơ học và vị trí góc
điện là

m 

e

m  e
P và cho vận tốc là

P với P là số cặp cực.

Bằng cách thể hiện phƣơng trình (1.11) về mặt tốc độ góc điện và thay thế Te của
phƣơng trình (1.13), ta đƣợc
J de
B
 Te  e  TL
P dt
P
de P 
B

 Te  e  TL  ,
dt
J 
P

2
3P
B
P
e 
mim  e  TL
2J
J
J

1.14 

Từ mô hình, mô tả trong phƣơng trình (1.10) và (1.14), mối liên hệ giữa hai hệ

thống đã rõ ràng, mômen điện từ đƣợc trình bày là tỷ lệ thuận với dòng điện stator và
từ thông rotor đƣợc tạo ra.
1.5.2 Phương trình trong hệ tọa độ trực giao dq0
Để giảm thiểu sự phức tạp của phƣơng trình vi phân thu đƣợc trong (1.10), đƣợc
mô tả nhƣ trạng thái động của động cơ điện, mô hình đƣợc chuyển đổi sang hệ tọa độ
trực giao dq0. Thông thƣờng, để điều khiển máy điện ba pha, phƣơng pháp điều khiển
hƣớng từ thông (Field Oriented Control-FOC) đƣợc sử dụng để giảm thiểu cấu trúc
điều khiển. Vector dòng stator, đó là tổng dòng điện ba pha, đƣợc chuyển đổi đến hệ
tọa tƣơng đƣơng, hệ tọa độ hai pha trên một trục cố định ( abc   ) bằng biến đổi
Clark [27]. Để loại bỏ điện cảm biến thiên trong phƣơng trình điện áp có thể áp dụng
chuyển đổi Park (   dq ) để đổi biến của stator sang hệ tham chiếu rotor [28]. Quá
trình này đƣợc thực hiện nhƣ sau
udq  K s uabc ,  uabc  K s1udq
idq  K s iabc ,  iabc  K s1idq
 dq  K s  abc ,   abc  K s1 dq

17