Luận văn thạc sĩ nghiên cứu điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều động cơ tuyến tính theo phương pháp điều chế độ rộng xung ứng dụng trong hệ chuyển động thẳng​

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
---------------o0o-----------------

NGUYỄN NGỌC QUYẾT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và tự động hóa

NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ, VỊ TRÍ VÀ
ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH THEO
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG ỨNG
DỤNG TRONG HỆ CHUYỂN ĐỘNG THẲNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. CAO XUÂN TUYỂN

THÁI NGUYÊN, 2016


ii

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Nguyễn Ngọc Quyết
Sinh ngày 06 tháng 01 năm 1981.
Học viên lớp cao học khóa 16 CHTĐH – Trường đại học kỹ thuật công nghiệp
Thái Nguyên
Sau hai năm học và nghiên cứu tại trường tôi lựa chọn thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu điều khiển tốc độ, vị trí và đảo chiều động cơ tuyến tính theo
phương pháp điều chế độ rộng xung ứng dụng trong hệ chuyển động thẳng”

Tơi xin cam đoan tồn bộ nội dung luận văn này là do chính bản thân tơi thực
hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Cao Xuân Tuyển tất cả tài liệu đều có
nguồn gốc, xuất sứ rõ ràng.
Tôi xin cam đoan tất cả những nội dung trong luận văn như nội dung trong đề
cương của thầy hướng dẫn. Nếu có vấn đề gì trong nội dung luận văn, tơi xin hồn
tồn chịu mọi trách nhiệm với lời cam đoan của mình.
Thái nguyên, ngày......tháng ......
Học viên

Nguyễn Ngọc Quyết


iii

LỜI CẢM ƠN
Học viên bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Cao Xuân Tuyển đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi và động viên trong suốt
q trình hồn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo Trường Đại học kỹ thuật công
nghiệp Thái Nguyên đã nhiệt tình chỉ dẫn, gúp đỡ trong quá trình học tập để hồn
thành luận văn.
Cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viện, giúp đỡ về mọi mặt trong thời gian
qua để luận văn hoàn thành đúng tiến độ.
Mặc dù đã cố gắng, song do điều kiện về thời gian và kinh nghiệm thực tế cịn
nhiều hạn chế nên khơng tránh khỏi thiếu sót. Vì vậy tơi rất mong nhận được sự
đóng góp ý kiến của các thầy cơ cũng như bạn bè đồng nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Thái nguyên, ngày....tháng....năm 2016
Học viên

Nguyễn Ngọc Quyết


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN......................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN..........................................................................................................iii
MỤC LỤC................................................................................................................iv

́

́

DANH MUCC̣ CÁC KÝ HIÊỤ VÀ CHỮ VIÊT TĂT.............................................vii

̀

DANH MUCC̣ HÌNH VẼVÀ ĐÔ THI. .C̣ ....................................................................ix
PHẦN MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
1. Tiń h cấp thiết của đềtài......................................................................................1
2. Ý nghiã khoa hocC̣ vàthưcC̣ tiêñ của đềtài............................................................ 2
3. MucC̣ tiêu, đối tươngC̣ vàphaṃ vi nghiên cứu.......................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu...................................................................................2
5. Nôịdung của luâṇ văn........................................................................................3
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH....................................4
1.1 Cấu tao,C̣ ngun lýlàm viêcC̣ của đơngC̣ cơ tuyến tinh.́ .......................................4
1.1.1 Các dangC̣ cấu taọ của đôngC̣ cơ tuyến tiń h.................................................5
1.1.2 Nguyên lýlàm viêcC̣ của đôngC̣ cơ tuyến tiń h..............................................7
1.1.3 Hiệu ứng đầu cuối (End effect)................................................................ 9

1.2 Khảnăng ứng dungC̣ của đôngC̣ cơ tuyến tiń h trong thưcC̣ tế............................. 11

́

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN HOCC̣ ĐÔNGC̣ CƠ TUN TÍNH.........................15
2.1 So sánh giữa động cơ đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐB-KTVC) và động cơ
tuyến tính kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu (ĐCTT ĐB-KTVC)...................... 15
2.1.1 Nguyên lý làm việc................................................................................ 15


v

2.1.2 Hệ tọa độ biểu diễn đại lượng vật lý ĐCĐB- KTVC.............................16
2.2 Mơ hình tốn học đối tượng MĐĐB-KTVC.................................................16
2.2.1

Biểu diễn vector khơng gian các đại lượng 3 pha..............................16

2.2.2

Mơ hình trạng thái liên tục của MĐĐB-KTVC.................................21

2.2.3 Mơ hình tốn học động cơ tuyến tinh́ kiểu đồng bộ kích thích vĩnh cửu
(ĐCTT-ĐBKTVC).......................................................................................... 24
2.2.4 Mơ hình ĐCTT loại ĐB - KTVC có xét đến hiệu ứng đầu cuối............25
CHƯƠNG 3 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH THEO PHƯƠNG PHÁP
ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG...............................................................................29
3.1 Phương pháp điều chế độ rộng xung PWM.................................................. 29
3.2 Thiết kế bộ điều khiển...................................................................................34
3.2.1 Thiết kếbô C̣điều khiển nghicḥ lưu phiá lưới........................................... 35

3.2.1.1 Mơ hinh̀ tốn hocC̣ khối nghich́ lưu phiá lưới...................................35
3.2.1.2 Thiết kếbô C̣điều khiển nghicḥ lưu phiá lưới.................................... 40
3.2.2 Thiết kế bộ điều khiển NLĐC theo phương pháp Tuyến tính hóa chính
xác................................................................................................................... 42
3.3 TỔNG HỢP CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PI (Mạch vòng dòng điện và vận tốc)
48
3.3.1 Tổng hợp mạch vòng ĐC vector dòng điện........................................... 48
3.3.2 Tổng hợp vòng ĐC vận tốc....................................................................49
3.3.3 Tổng hợp vịng ĐC vị trí........................................................................ 52
CHƯƠNG 4 MƠ PHỎNG VÀTHÍNGHIÊM.........................................................55


vi

4.1 Sơ đồ mô phỏng............................................................................................ 55
4.1.1 Sơ đồ mô phỏng tồn hệ thống...............................................................55
4.1.2 Sơ đồSimulink bơ đC̣ iều khiển tốc đô C̣theo phương pháp PI thường...........55
4.1.3 Sơ đồSimulink bô đC̣ iều khiển vi tṛit́ heo phương pháp PD thường.........56
4.2 Kết quả mô phỏng......................................................................................... 56
4.2.1 Kết quả mô phỏng điều chỉnh vi tṛit́ heo chiều thuâṇ............................. 56
4.2.2 Kết quảmô phỏng vi tṛit́ heo chiều ngươcC̣...............................................58
4.2.3 Kết quảmô phỏng điều chỉnh vâṇ tốc theo chiều thuâṇ......................... 61
4.3.2 Kết quả thí nghiệm................................................................................. 65


DANH MUCC̣ CÁC KÝHIÊỤ V

Ky hiêụ

́́

L

,L
sd

sq

m
u

, i
s

s

v
Rs
isd,isq
usd,usq


p

p
x
i

,i
r

u

,i

,u
r

N

s

,u
s

N


viii

CHỮ VIẾT TẮT
Chư viết tắt
́̃
ĐB - KTVC
ĐCTT ĐC – KTVC
MĐ
PWM
ĐKD
NLPL
NLĐC

DSP


ix

̀

DANH MUCC̣ HÌNH VẼVÀĐƠTHI C̣
Hình 1. 1 Ngun lýchuyển đổi từ đôngC̣ cơ quay sang đôngC̣ cơ tuyến ti ń h........................4

Hình 1. 2 Phân loaịđơngC̣ cơ tuyến tinh́ theo [10]...................................................... 5
Hình 1. 3 ĐơngC̣ cơ tuyến tiń h cóstator dangC̣ răng lươcC̣............................................. 5
Hình 1. 4 ĐơngC̣ cơ tuyến tiń h cóstator dài.................................................................6
Hình 1. 5 ĐơngC̣ cơ tuyến tiń h cóstator ngắn..............................................................6
Hình 1. 6 ĐơngC̣ cơ tuyến tiń h 1 trucC̣..........................................................................6
Hình 1. 7 ĐơngC̣ cơ tuyến tiń h 2 trucC̣..........................................................................6
Hình 1. 8 Chiều chuyển đơngC̣ của từ trường vàphần đơngC̣........................................9
Hình 1. 9 Phân bốtừ thông bên trong đôngC̣ cơ tuyến tinh.́ ...................................... 10
Hình 1. 10 Hiêụ ứng dịng xốy vàtừ thơng khe hởkhơng khi.́ ...............................10
Hình 1. 11 Ứng dụng trong cơng nghiệp sản xuất kính...........................................11
Hình 1. 12 Ứng dụng trong giao thơng vận tải........................................................12
Hình 1. 13 Ứng dụng trong hệ thống điều khiển rơ bốt.......................................... 12
Hình 1. 14 Ứng dụng trong máy khoan CNC..........................................................13
Hình 1. 15 Ứng dụng trong máy CNC.................................................................... 13
Hình 1. 16 Ứng dụng trong máy phay CNC............................................................13
Hình 2. 1 Biểu diêñ các đaịlươngC̣ vâṭlýthông qua hê C̣trucC̣ toạ đơ C̣trong ĐCTT kiểu
ĐB– KTVC 3 pha....................................................................................................16
Hình 2. 2 Xây dựng vector khơng gian dịng stator từ các đại lượng pha...............17
Hình 2. 3 Biểu diễn dịng điện stator dưới dạng vector không gian trên hệ tọa độ

....................................................................................................................................................................... 18


x

Hình 2. 4 Vector dịng stator trên 3 hệ tọa độ αβ, ab và dq.....................................19
Hình 2. 5 Chuyển hệ tọa độ cho vector khơng gian bất kỳ V................................. 20
Hình 2. 6 Mô tả ảnh hưởng của hiệu ứng đầu cuối đối với ĐCTT loại ĐBKTVC .26

Hình 2. 7 a. Cấu trúc ĐCTT loại ĐB - KTVC, b. Mạch từ tương đương mơ tả ảnh
hưởng của hiệu ứng đầu cuối.................................................................................. 27
Hình 3. 1 Sơ đồ mạch động lực và điều khiển mạch vòng dòng điện theo phương
pháp điều chế độ rộng xung.................................................................................... 29
Hình 3. 2 Nguyên lý phương pháp điều chế độ rộng xung..................................... 30
Hình 3. 3 mơ tả hình dáng tín hiệu trong bộ nghịch lưu áp ba pha.........................31
Hình 3. 4 khâu khuếch đại nối tiếp với một khâu hạn chế điện áp.........................34
Hình 3. 5 Sơ đồcấu trúc điều khiển đơngC̣ cơ tuyến tinh.́ .........................................35
Hình 3. 6 Sơ đồngun lýnghicḥ lưu phía lưới.......................................................35
Hình 3. 7 Sơ đồtổng quát macḥ điêṇ phía lưới........................................................36
Hình 3. 8 Sơ đồthay thế...........................................................................................36
Hình 3. 9 Sơ đồ tối giản mạch điện phía lưới..........................................................37
Hình 3. 10 Mơ hình gián đoạn phía lưới.................................................................39
Hình 3. 11 Sơ đồcấu trúc bơ đC̣ iều chinhh̉ dịng phía lưới..........................................40
Hình 3. 12 Cấu trúc điều khiển tuyến tính phía lưới...............................................42
Hình 3. 13 Sơ đồ điều khiển NLĐC........................................................................43
Hình 3. 14 Cấu trúc bộ điều khiển dịng điện theo phương pháp tuyến tính hóa
chính xác................................................................................................................. 48
Hình 3. 15 Sơ đồ cấu trúc vịng ĐC dịng điện....................................................... 48

Hình 3. 16

Sơ đồ hai vịng ĐC thay th

Hình 3.

17 Sơ đồ cấu trúc hệ thống ĐC vận

Hình 3.

18

Sơ đồ thay thế (cấu tr

19

Sơ đồcấu truc điều kh

ĐCTT .......................................................................................................................

Hình 3.
cơ tuyến tinh .............................................................................................................

́́

́́

Hình 4. 1 Sơ đồ mơ phỏng tồn hệ thống................................................................55
Hình 4. 2 Sơ đồ mơ phỏng bộ điều khiển tốc độ.....................................................55
Hình 4. 3 Sơ đồkhối Simulink bơ C̣điều khiển vi tṛit́ heo phương pháp PD thường 56

Hình 4. 4 Kết quảmơ phỏng vi tṛit́ heo chiều thṇ................................................. 56
Hình 4. 5 Kết quảmơ phỏng tốc đơ C̣theo chiều thṇ..............................................56
Hình 4. 6 ĐăcC̣ tinh́ lưcC̣ điêṇ từ theo chiều thuâṇ......................................................57
Hình 4. 7 ĐăcC̣ tinh́ dịng điêṇ theo chiều thṇ.......................................................57
Hình 4. 8 Kết quảmơ phỏng điêṇ áp theo chiều thṇ............................................ 58
Hình 4. 9 Kết quảmơ phỏng vi tṛítheo chiều ngươcC̣................................................58
Hình 4. 10 Kết quảmơ phỏng tốc đơ C̣theo chiều ngươcC̣...........................................59
Hình 4. 11 ĐăcC̣ tinh́ lưcC̣ điêṇ từtheo chiều ngươcC̣....................................................59
Hình 4. 12 ĐăcC̣ tinh́ dịng điêṇ theo chiều thṇ.....................................................60
Hình 4. 13 Kết quảmơ phỏng vâṇ tốc theo chiều thṇ.......................................... 61
Hình 4. 14 Kết quảmơ phỏng lưcC̣ điêṇ từ chiều thṇ.............................................61
Hình 4. 15 Kết quảmơ phỏng dịng điêṇ chiều thṇ..............................................62


xii

Hình 4. 16 Kết quảmơ phỏng tốc đơ C̣theo chiều ngươcC̣...........................................62
Hình 4. 17 Kết quảdịng điêṇ chiều ngươcC̣..............................................................63
Hình 4. 18 Kết quảmơ phỏng lưcC̣ điêṇ từ chiều ngươcC̣........................................... 63
Hình 4. 19 Hình ảnh máy hiện sóng........................................................................64
Hình 4. 20 Hình ảnh biến tần.................................................................................. 64
Hình 4. 21 Hình ảnh động cơ tuyến tính................................................................. 64
Hình 4. 22 Hình ảnh mạch điều khiển.....................................................................64
Hình 4. 23 Hình ảnh tổng thể hệ thống thí nghiệm................................................. 64
Hình 4. 24 Hệ thống vi điều khiển.......................................................................... 64
Hình 4. 25 Sơ đồnguyên lýcấu trúc macḥ điều khiển hê C̣thống thiń ghiêṃ.............65
Hình 4. 26 Tăng dần dịng điện đầu vào biến tần tăng từ 0-:-1,2 Hz......................65
Hình 4. 27 Dịng điện đầu vào biến tần ổn định 1,2 Hz.......................................... 65
Hình 4. 29 Dịng điện giảm từ 2-:-1,2 Hz............................................................... 65
Hình 4. 28 Dịng điện giảm từ 2-:-0 Hz.................................................................. 65

Hình 4. 31 Dịng điện dây vào động cơ ổn định1,6 Hz và giảm về 0.....................66
Hình 4. 30 Dịng điện dây vào động cơ từ 0 - 1,6 Hz............................................. 66
Hình 4. 33 Dịng điện dây vào động cơ tăng từ 0 - 1,6 Hz giảm về 1,2 Hz............66
Hình 4. 32 Dịng điện dây vào động cơ khi tần số tăng từ 0 đến 1,6 Hz.................66
Hình 4. 35 Dịng điện dây có tần số từ 0-1,6 Hz giảm về 0....................................66
Hình 4. 34 Dịng điện dây vào động cơ có tần số ổn định 1,2 Hz...........................66
Hình 4. 37 Điện áp đặt vào động cơ tăng dần 0-1,2 Hz.......................................... 66


xiii

Hình 4. 36 Điện áp đặt vào động cơ tăng dần 0-1,2 Hz.......................................... 66
Hình 4. 39 Vâṇ tốc của đơngC̣ cơ ởtần số1,8 Hz.......................................................66
Hình 4. 38 Vâṇ tốc của đơngC̣ cơ ởtần số1,8 Hz tải thếnăng....................................66


1

PHẦN MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của đềtài

Hiện nay trong lĩnh vực công nghiệp và giao thông vận tải, chuyển đôngC̣
thẳng đã xuất hiện phổbiến và được ứng dụng nhiều trong các ngành sản xuất
công nghiệp đăcC̣ biêṭtrong trong linh̃ vưcC̣ cơ khi.́ Chuyển đôngC̣ thẳng thường gặp
ở những chuyển dicḥ của bàn gáchi tiết, mũi khoan… trong các máy gia công
kim loại, máy CNC, Robot công nghiệp hay các máy móc phucC̣ vụ ngành cơng
nghiệp bán dẫn…. Ngồi ra, chuyển đơngC̣ thẳng cịn xuất hiêṇ ở các
phương tiêṇ giao thơng như đầu máy xe điên,C̣ tàu điêṇ ngầm, tàu đêṃ từ trường

ởcác nước phát triển (My,̃ Đức, Nhât,C̣…).
Tuy nhiên viêcC̣ taọ ra các chuyển đôngC̣ thẳng hầu hết đươcC̣ thưcC̣ hiêṇ môṭ
cách gián tiếp thông qua các cơ cấu cơ khí để biến chuyển động quay trịn của
động cơ thành chuyển động thẳng do đó đối với những hê C̣thống này do phải bổ
sung các cơ cấu chuyển đổi trung gian như hơpC̣ số, trucC̣ vit́ , đai truyền… vì vậy sẽ
làm cho hê C̣thống trởnên phức tapC̣ vềkết cấu cơ khi,́ tiềm ẩn trong nó những dao
động riêng, tổn hao năng lươngC̣ cũng như ảnh hưởng đến chất lươngC̣ của hệ
thống. ViêcC̣ sử duṇg đơngC̣ cơ cókhảnăng tạo ra chuyển đơngC̣ thẳng trưcC̣ tiếp (động
cơ tuyến tính) với ưu điểm Động cơ có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, khơng cần
cơ cấu cơ khí đổi từ chuyển động quay sang chuyển động tịnh tiến, có độ tin cậy
và chính xác cao, đơn giản và an tồn trong vận hành cho phép loaị bỏnhững
nhươcC̣ điểm nói trên.
Vấn đềrất quan trongC̣ đối với hê C̣chuyển đôngC̣ sử dungC̣ đôngC̣ cơ tuyến ti ń h làđô
C̣chính xác vềvi C̣ trí, vâṇ tốc, thời gian đáp ứng, thời gian dừng chi ́nh xác. Đểgiải
quyết bài tốn này cần phải thiết kếbơ C̣điều khiển cho đôngC̣ cơ tuyến ti ń h. Viv̀ ây,C̣ tơi
lưạ choṇ đềtài “Nghiên cứu điều khiển tốc đơ,,̣vi tṛívà

đảo chiều đơng,̣ cơ tuyến tính theo phương pháp điều chếđộ rộng xung ứng
dung,̣ trong hê ,̣chuyển đông,̣ thẳng”.


2

2.
-

Ý nghiã khoa hoc,̣ vàthưc,̣ tiêñ của đềtài
Đa ̃ ứng dungC̣ phương pháp điều khiển TTHCX đểthiết kếbô C̣ điều điều

khiển dịng điên,C̣ tốc đơ C̣ và vi C̣ triđ́ ôngC̣ cơ tuyến tinh́ theo tiêu chuẩn môđun đối

xứng.
-

Đa ̃thưcC̣ hiêṇ bằng thưcC̣ nghiêṃ viêcC̣ điều khiển tốc đô,C̣ vi C̣triv́ àđảo chiều

đôṇg cơ tuyến tiń h với các chế đô C̣khác nhau.
3.

Muc,̣ tiêu, đối tương,̣ vàphaṃ vi nghiên cứu
* Mucc̣ tiêu nghiên cứu:

-

Thiết kếđươcC̣ bơ C̣ điều khiển dịng điên,C̣ bô C̣ điều khiển tốc đô,C̣bô C̣ điều

khiển vi C̣trí đểtừ đó điều khiển tốc đơ,C̣vi C̣trívàđảo chiều đơngC̣ cơ tuyến tính
ứng dụng trong hê C̣chuyển đơngC̣ thẳng.
Tiến hành xây dưngC̣ hê C̣thống thínghiêṃ đôngC̣ cơ tuyến tính đồng thời
tiến hành thí nghiêṃ ở các chế đơ C̣làm viêcC̣ khác nhau đểkiểm nghiêṃ laị
những tiń h tốn, phân tích lýthuyết.
* Đối tươngc̣ nghiên cứu:
- Các phương pháp điều khiển đôngC̣ cơ tuyến tính.
- ĐôngC̣ cơ tuyến tiń h.
* Phaṃ vi nghiên cứu:
Luâṇ văn tập trung nghiên cứu điều khiển tốc đô,C̣ vi C̣trívà đảo chiều đôṇg
cơ tuyến tiń h loaịđồng bộ ki ć h thić h vinh̃ cửu ba pha.
4. Phương pháp nghiên cứu
-

Phương pháp phân tích vàtổng hơpC̣ lýthuyết: Nghiên cứu các tài liêụ liên

quan đến luâṇ văn, chọn lọc các kiến thức, liĺ uâṇ phucC̣ vu C̣cho luâṇ văn.
-

Phương pháp mô phỏng: ThưcC̣ hiêṇ các mô phỏng trên phần mềm

Matlab/Simulinks.


3

- Phương pháp thưcC̣ nghiêṃ khoa hoc:C̣ Tiến hành thi ́nghiêṃ trên hê C̣ thống
thí nghiêṃ động cơ tuyến tính để kiểm chứng laị những phân tích lý thuyết.

5. Nơịdung của luâṇ văn
Nôị dung của luâṇ văn bao gồm:
Mởđầu: Nêu mucC̣ tiêu, nhiêṃ vu C̣vànôị dung nghiên cứu. Ý nghiã khoa
hocC̣ và thưcC̣ tiêñ của luâṇ văn.
Chương 1: Tổng quan vềđơngC̣ cơ tuyến tính
Chương 2: Mơ hiǹ h tốn hocC̣ đôngC̣ cơ tuyến tiń h
Chương 3: Điều khiển tốc đô,C̣vi C̣triv́ àđảo chiều đôngC̣ cơ tuyến tinh́ theo
phương pháp điều chếđộ rộng xung
Chương 4: Mô phỏng vàthínghiêṃ
Kết luâṇ vàkiến nghi C̣
Tài liêụ thao khảo


4

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ TUYẾN TÍNH

1.1 Cấu tao,,̣ ngun lýlàm viêc,̣ của đơng,̣ cơ tuyến tính
Để hiểu rõ hơn về động cơ tuyến tính ta có thể hình dung ra một động cơ
quay trịn bất kỳ nào, khi tăng bán kính của động cơ đến vơ cùng, sẽ thu được
hình ảnh rotor và stator song song với nhau (hinh̀ 1.1). Trong chuyển động tương
đối khi chọn gốc tọa độ gắn với hệ quy chiếu nào ta sẽ suy ra được chuyển động
tương đối của thành phần còn lại so với gốc tọa độ. Với quan điểm như vậy động
cơ tuyến tính sẽ gồm hai thành phần: Thành phần thứ nhất nhận dòng năng
lượng điện đi tới (phần sơ cấp), thành phần thứ hai là dòng năng lượng đưa ra
dưới dạng cơ năng (phía thứ cấp). Từ quan điểm trên ta có thể thấy với động cơ
tuyến tính phần tạo chuyển động thẳng có thể là phần stator hay phần rotor của
máy điện quay truyền thống, từ đó tạo ra những động cơ tuyến tính tương ứng.

Hình 1. 1 Nguyên lýchuyển đổi từ đôngC̣ cơ quay sang đôṇg cơ tuyến tinh́

Từ nguyên lý cơ bản trên, động cơ tuyến tính được phát triển với cấu tạo
khác nhau tương ứng dựa vào mục đích sử dụng. Việc lựa chọn động cơ tuyến
tính phụ thuộc vào thuộc tính và nguyên tắc hoạt động của chúng.
Ban đầu động cơ tuyến tính chủ yếu được sử dụng cho hệ thống giao
thông vận tải. Hiện nay động cơ tuyến tính được sử dụng để thay thế một hệ
thống sử dụng động cơ quay và các thiết bị cơ khí để tạo ra một chuyển động
tuyến tính trực tiếp.


5

1.1.1 Các dang,̣ cấu taọ của đơng,̣ cơ tuyến tính
Theo cấu trúc hinh̀ hocC̣, đôngC̣ cơ tuyến tiń h đươcC̣ chia thành 2 loaịchinh:́
dangC̣ phẳng vàdạng ống.
Theo nguồn kích thich́ , đơṇg cơ tuyến tinh́ cóthểchia thành 4 loại chiń h:
Đôṇg cơ môṭchiều tuyến tiń h, đôṇg cơ đồng bô C̣tuyến ti ń h, đôngC̣ cơ không đồng

bô C̣tuyến tinh,́ động cơ bước tuyến tính.

Hình 1. 2 Phân loaị đơngg̣ cơ tuyến tính theo [10]

Ngoài ra, thưcC̣ tếcho thấy tùy theo những ứng dungC̣ cu C̣ thểmàđôngC̣ cơ
tuyến tiń h cịn đươcC̣ phân loaịnhư sau:
- Động cơ cóstator dangC̣ răng lươcC̣.

Hình 1. 3 Đơngg̣ cơ tún tiń h cóstator dangg̣ răng lươcg̣

- Đôṇg cơ cơ stator dangC̣ dài: Chiều dài của phần cung cấp thường lớn
hơn nhiều lần phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần
kích thích chính là phần chuyển động.


6

Hình 1. 4 Đơngg̣ cơ tún tiń h cóstator dài

- Động cơ cóstator dangC̣ ngắn: Chiều dài của phần cung cấp ngắn hơn
(hoặc bằng) phần kích thích (cảm ứng), đa số trong các trường hợp thì phần
cung cấp chính là phần chuyển động.

Hình 1. 5 Đơngg̣ cơ tún tiń h cóstator ngắn

Dưạ vào sốtrucC̣ di chuyển, động cơ tuyến tiń h cóhai loai:C̣ Loại 1 trucC̣.

Hình 1. 6 Đơngg̣ cơ tún tính 1 trucg̣

- Loaị2 trucC̣.

Hình 1. 7 Đơngg̣ cơ tuyến tiń h 2 trucg̣


7

Để kết thúc phần này, theo tài liệu [11] ta có bảng so sánh tổng thể lực đẩy
sinh ra của các loại động cơ tuyến tính có thể sinh ra.
Bảng 1.1. Bảng so sánh lưc,̣ đẩy sinh ra của các loaịđơng,̣ cơ tuyến tính
Loại động cơ
Động cơ tuyến tính loại khơng đồng bộ
Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu (kiểu răng
lược)
Động cơ tuyến tính đồng bộ kích thích vĩnh cửu (dạng
phẳng)
Động cơ tuyến tính từ trở
Động cơ tuyến tính thơng lượng ngang
Xét về khả năng tạo lực đẩy thì động cơ tuyến tính làm việc theo ngun
lý đồng bộ kích thích vĩnh cửu có khả năng tạo lực đẩy lớn hơn động cơ tuyến
tính làm việc với nguyên lý không đồng bộ. Do vậy động cơ tuyến tính dạng
đồng bộ kích thích vĩnh cửu thường được sử dụng nhiều hơn. Luâṇ văn tâpC̣ trung
nghiên cứu đôṇg cơ tuyến tinh́ kiểu kích thić h vinh̃ cửu ba pha.
1.1.2 Ngun lýlàm viêc,̣ của đơng,̣ cơ tuyến tính
Xét đơṇg cơ tuyến tiń h kích thić h vĩnh cửu, khi đặt hệ thống điện áp
nguồn 3 pha đối xứng vào dây quấn ba pha của động cơ đồng bộ tuyến tính,
trong ba pha sẽ có các dịng điện iA, iB, iC.
iA 

iB 
iC 

2I sin t



8

Dòng các pha sẽ sinh ra các sức từ động tương ứng có dạng đập mạch:
dx









dt
FA   F fmv sin t cos v
v1,3,5

FB 
v1,3,5



FC

v1,3,5

ds

v

dt

Sức từ động tổng ba pha trong khe hở khơng khí giữa phần cố định và
phần chuyển động sẽ là:

F

(3)

F F F
A

B

C



 F fmv sin 
v  6 k 1

Ở đây ta chỉ xét sóng cơ bản của từ trường ba pha:
3
F
2

Trongđó:
W: Số vịng dây của một pha.
Kdq : Hệ số dây quấn sóng cơ bản.


Từ trường chuyển động tịnh tiến F sẽ tương tác với từ trường nam châm
vĩnh cửu FNC , do nam châm vĩnh cửu được đặt ở phần cố định, phản lực sẽ làm
phần động (gồm lõi thép và dây quấn) chuyển động tịnh tiến theo chiều ngược
với chiều chuyển động của từ trường F với tốc độ chuyển động là:


dx
dt






Hình 1. 8 Chiều chủn đơngg̣ của từ trường và phần đôngg̣

Vềmăṭnăng lươngC̣ đôngC̣ cơ đa b̃ iến đổi điêṇ năng thành cơ năng.
1.1.3 Hiệu ứng đầu cuối (End effect)
Như đã phân tích trong các phần trên động cơ tuyến tính có những nét
tương đồng so với những động cơ quay tương ứng phát triển nên nó, nhưng
trong đó cịn những điểm khác biệt do cấu tạo khác biệt của hai loại đôngC̣ cơ
quay và động cơ tuyến tinh .́ Một khác biệt cơ bản ở đây chính là hiệu ứng đầu
cuối ở động cơ tuyến tính (End effect) mà động cơ quay khơng có.
Hiện tượng đầu cuối trong động cơ tuyến tính có thể được hiểu như sau:

đó là sự phân biệt giữa các khu vực đầu và cuối với các điểm nằm giữa về diễn
biến điện từ gây ảnh hưởng đến từ thông và lực do động cơ tuyến tính sinh ra
(do tính chất mạch từ hở của động cơ tuyến tính). Điều này làm thay đổi quan
điểm giả thiết về sức từ động hình sin trong động cơ quay truyền thống.
Có ba vấn đềcần đặc biệt lưu tâm về hiệu ứng đầu cuối:
-

Thứ 1: Với động cơ tuyến tính dạng khơng đồng bộ ngồi hiệu ứng đầu

cuối (điểm đầu và điểm cuối phần kích thích) cịn có sự ảnh hưởng về từ trường
ở hai biên. Còn ở động cơ tuyến tính dạng đồng bộ chỉ chịu tác động của hiệu


10

ứng đầu cuối. Vì vậy với động cơ tuyến tính dạng không đồng bộ chịu tác động
của hiệu ứng đầu cuối mạnh hơn.
-

Thứ 2: Tại điểm đầu và điểm cuối của phần kích thích từ thơng sinh ra

bị ảnh hưởng bởi dịng xốy phía thứ cấp (ĐCTTKĐB) làm ảnh hưởng đến từ
trường khe hở khơng khí phân bố tại điểm đầu và điểm cuối của phần kích thích.
Diễn biến này khác nhau phụ thuộc vào tốc độ của động cơ ( độ lớn của dịng
phía bên kích thích).
- Thứ 3: Sự xuất hiện hay kết thúc đột ngột của dòng xốy phía cảm
ứng
(tương ứng với sự xuất hiện hay kết thúc của dịng phía kích thích). Gây ra phản
ứng dọc trục gây ra sự thay đổi tốc độ của động cơ (nhấp nhô về tốc độ). Đây
cũng là một điểm rất đáng chú ý trong động cơ tuyến tính.

Hình 1. 9 Phân bốtừ thông bên trong đôngg̣ cơ tuyến tính

Stator ngắn làm việc theo nguyên lý cảm ứng

Hình 1. 10 Hiêụ ứng dòng xoáy và từ thông khe hởkhông khí