RealEDU.

1. BỘ GIÁO DỤ Đ Ạ
C VÀ ÀO T O
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
====&====
VŨ MINH VƯƠNG
NGHIÊN CỨU CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM (IPM MOTOR)
Ứ Ụ Đ Ệ
NG D NG TRONG Ô TÔ I N
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Đ Ề Ể Ự
I U KHI N VÀ T ĐỘNG HÓA
HÀ NỘI - 2011

2. BỘ GIÁO DỤ Đ Ạ
C VÀ ÀO T O
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
====&====
VŨ MINH VƯƠNG
NGHIÊN CỨU CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
NAM CHÂM VĨNH CỬU CỰC CHÌM (IPM MOTOR)
Ứ Ụ Đ Ệ
NG D NG TRONG Ô TÔ I N
Chuyên ngành: Đ ề
i u khiển và Tự động hóa
LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
Đ Ề Ể Ự
I U KHI N VÀ T ĐỘNG HÓA
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. TẠ CAO MINH
HÀ NỘI - 2011

3. 
LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản Luận văn cao học với đề tài: “Nghiên cứ ộ ế
u các b bi n
đổ độ đồ
i cho ng cơ ng bộ ĩ
nam châm v nh cửu cực chìm (IPM motor) dùng
trong ô tô đ ệ
i n” do em tự ự ệ ự
th c hi n dưới s hướ ướ
ng dẫ ủ
n c a Thầy h ng dẫn, PGS.
TS. TẠ CAO MINH. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực.
Để hoàn thành Luậ ă ọ ệ ả đ ẫ
n v n cao h c này, ngoài các Tài li u tham kh o ã d n ra
ở cuố ậ ă
i Lu n v n, không sao chép các công trình hoặc thiết kế tố ệ ủ
t nghi p c a người
khác.
N i
ếu phát hiện có sự sai phạm với đ ều cam đoan trên, em xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm.
Học viên
Vũ Minh Vương

4. 
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH VẼ
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
LỜI NÓI ĐẦU
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ Đ Ệ
I N...............................................................1
1.1. 
L i
ược sử phát triển của ô tô đ ện...................................................................1
1.2. Những ưu đ ể
i m và đ ể
i m còn tồn tại của ô tô đ ệ
i n .......................................5
1.3. Cấ
u tạo chung của một h truy
ệ ề đ ệ
n động ô tô i n.........................................7
1.4. Các động cơ đ ệ
i n có thể s d
ử ụng trong ô tô đ ệ
i n.........................................8
CHƯƠNG 2 ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH C U C
Ử ỰC CHÌM (IPM
MOTOR)...................................................................................................................11
2.1. Giới thiệ ề
u chung v IPM............................................................................11
2.2. Đặc tính góc-momen của động cơ..............................................................13
2.3. Mô hình toán học và phương pháp đi
ề ỉ ơ
u ch nh động c .............................14
2.3.1. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ t c
ọa độ ực ..............................14
2.3.2. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ t c
ọa độ ố định 0αβ .................15
2.3.3. Mô tả toán học động cơ IPM trên hệ tọa độ d-q.................................16
2.4. Đặc tính các vùng đ ề
i u chỉnh .....................................................................18
2.4.1. Vùng momen không đổi......................................................................19
2.4.2. Vùng công suất không
đổi ..................................................................19
2.4.3. Vùng tích công suất và tốc độ không đổi............................................19
2.5. Các phương pháp đ ề
i u khiển động cơ IPM................................................20
2.5.1. Đ ề
i u khiển vector định hướng theo từ thông rotor FOC ....................20
2.5.2. Đ ề
i u khiển trực tiếp momen DTC ......................................................21

5. 
2.5.3. 
L i
ựa chọn phương án đ ều khiển..........................................................22
CHƯƠNG 3 CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ IPM .......................................24
3.1. Các bộ nghịch lưu.......................................................................................24
3.1.1. Phân loại nghịch lưu ...........................................................................24
3.2. Các phương pháp đ ề
i u biến........................................................................27
3.2.1. Phương pháp đ ề
i u biến PWM sóng hình sin ......................................27
3.2.2. Nghịch lưu ba pha sử dụng phương pháp
đ ề ế
i u ch SVM...................32
3.3. Đặc thù của các bộ biến đổi cho ô tô đ ệ
i n..................................................36
3.3.1. Chuyển mạch mềm (soft-switching)...................................................37
3.3.2. Bộ biến đổi đa mức (multilevel inverter)............................................43
3.4. Bộ nghịch lưu ba mức diode kẹp (3L-NPC) ..............................................55
CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ..........................................68
4.1. Mô hình bộ nghịch lưu ...............................................................................68
4.2. Mô phỏng h
ệ ố
th ng.....................................................................................68
4.2.1. B i
ộ đ ều chỉnh tốc độ ...........................................................................70
4.2.2. Khối tính i
d
*
.........................................................................................70
4.2.3. Khối đ ề
i u chỉnh dòng đ ệ
i n có bù chéo ...............................................71
4.2.4. Khối phát xung....................................................................................71
4.3. 
Kết quả mô phỏng ......................................................................................74
KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......................................80
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................82
PHỤ LỤC..................................................................................................................83

6. 
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1-1: Mô hình chiếc xe đ ệ
i n đầu tiên trên thế ớ
gi i. ..........................................1
Hình 1.1-2: Camille Jenatzy trong chiếc Jamais Contente năm 1899. .......................2
Hình 1.1-3: Electrovair II (1966)................................................................................4
Hình 1.1-4: Phiên bản EV1 của General Motor..........................................................4
Hình 1.3-1: Cấu hình cơ ả
b n của một h truy
ệ ền động ô tô điện. ................................7
Hình 2.1-1: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm...................................12
Hình 2.2-1: Đồ thị vector động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm..............13
Hình 2.2-2: Đặc tính góc-momen của động cơ.........................................................14
Hình 2.3-1: Sơ đồ thay thế động c quay
ơ IPM trong hệ ọ
t a độ đồng bộ..................18
Hình 2.4-1: Các chế độ làm việc của động cơ. .........................................................18
Hình 2.5-1: Sơ đồ phương pháp đ ề
i u khiển DTC.....................................................21
Hình 2.5-2: Sơ ố
đồ kh i phương pháp đ ề
i u khiển FOC thông thường.......................23
Hình 3.1-1: Nghịch lưu nguồn dòng ba pha..............................................................25
Hình 3.1-2 Nghịch lưu nguồn dòng ba pha, có diode cách ly...................................25
Hình 3.1-3: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha. .......................................................27
Hình 3.2-1: Sơ đồ cấ ạ đ ề ể ị ư đ ề ế
u trúc m ch i u khi n ngh ch l u áp ba pha i u ch PWM
sóng hình sin. ............................................................................................................28
Hình 3.2-2: Dạng tín hiệ đ ề
u i u khiển và dạng đ ệ
i n áp ra PWM...............................29
Hình 3.2-3: Quan hệ giữ đ ệ
a i n áp đầu ra và đ ệ
i n áp sóng chuẩn khi cải biến..........31
Hình 3.2-4 Vector không gian và các vector biên chuẩn..........................................34
Hình 3.3-1: Mô hình đ ề
i u khiển động cơ ủ
c a một ô tô.............................................36
Hình 3.3-2: Mô hình khóa chuyển mạch mềm..........................................................39
Hình 3.3-3: Cấu tạo của bộ nghịch lưu QPRDCL ....................................................40
Hình 3.3-4: Mạch tương đương c ngh
ủa bộ ịch lưu QPRDCL..................................41
Hình 3.3-5: Các chế ạ
độ ho t động.............................................................................42
Hình 3.3-6: Các dạng sóng thành phần của các khóa chuyển mạch.........................42
Hình 3.3-7: Dạ đ ệ
ng i n áp của khóa Sa1 và Sa2 ..........................................................42

7. 
Hình 3.3-8: Bộ ngh p 3 m
ịch lưu diode kẹ ức.............................................................44
Hình 3.3-9: Trạng thái, đ ệ
i n áp đ ề
i u khiển các chuyển mạch và đ ệ
i n áp ra.............45
Hình 3.3-10: Đ ệ
i n áp pha và đ ệ
i n áp dây của bộ nghịch lưu 3L-NPC .....................46
Hình 3.3-11: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P với dòng đ ệ
i n tải iA > 0
...................................................................................................................................47
Hình 3.3-12: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P với dòng đ ệ
i n tải iA < 0
...................................................................................................................................47
Hình 3.3-13: Bộ nghịch lưu dạng flying capacitor 3 mức ........................................49
Hình 3.3-14: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P, i A>0 ..........................50
Hình 3.3-15: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái O sang P, i A<0 ..........................50
Hình 3.3-16: Bộ nghịch lưu 5 mức kiể ầ ố ầ
u c u H n i t ng...........................................52
Hình 3.3-17: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái 1=>4=>7=>14=>16, iA>0.........53
Hình 3.3-18: Quá trình chuyển mạch từ trạng thái 1=>4=>7=>14=>16, iA<0.........54
Hình 3.4-1: Cấu trúc bộ nghịch lưu 3 mức (3L-NPC)..............................................56
Hình 3.4-2: Phân vùng vector đ ệ
i n áp không gian của bộ nghịch lưu......................58
Hình 3.4-3: Phân chia các vùng và các vector cơ ả
b n. .............................................58
Hình 3.4-4: Các vector đ ệ
i n áp vùng I......................................................................59
Hình 3.4-5: Ví dụ ề
v quan hệ ref
V
r
và dwell time.....................................................61
Hình 3.4-6: Các khu vực được phân chia trong sector I. ..........................................61
Hình 3.4-7: Thứ ự
t chuyển mạch trong vùng I-4......................................................62
Hình 4.1-1: Bộ phát xung và inverter. ......................................................................68
Hình 4.2-1: Mô hình hệ thống...................................................................................69
Hình 4.2-2: Bộ đ ề
i u chỉnh tốc độ..............................................................................70
Hình 4.2-3: Bộ tính id
*
...............................................................................................70
Hình 4.2-4: Khố đ ề
i i u chỉnh dòng đ ệ
i n có bù chéo. .................................................71
Hình 4.2-5: Khố đ ề
i i u chế (phát xung). ....................................................................71
Hình 4.2-6: Khâu tạ đ ệ
o i n áp ba pha. .......................................................................72
Hình 4.2-7: Khâu đổi tọa độ αβ. ...............................................................................72
Hình 4.2-8: Khâu xác định sector. ............................................................................72

8. 
Hình 4.2-9: Khâu chuyển đổi sector 1. .....................................................................72
Hình 4.2-10: Khâu Xác định tam giác đ ệ
i n áp..........................................................73
Hình 4.2-11: Khâu tính thời gian tác động các van cơ ả
b n.......................................73
Hình 4.2-12: Khâu tính toán thời gian chuyển mạch................................................73
Hình 4.2-13: Khâu phát xung chuyển mạch. ............................................................74
Hình 4.3-1: Đ ệ
i n áp đầu ra pha A của bộ nghịch lưu. ..............................................75
Hình 4.3-2: Đ ệ
i n áp đầu ra pha A của bộ nghịch lư ọ
u sau l c...................................75
Hình 4.3-3: Đ ệ
i n áp đầu ra 3 pha của bộ nghịch lư ọ
u sau l c....................................76
Hình 4.3-4: Đ ệ
i n áp đầu ra ba pha của bộ nghịch lưu sau khi lọc............................76
Hình 4.3-5: Hệ ố
s méo dạ đ ệ
ng i n áp.........................................................................77
Hình 4.3-6: Đ ứ
áp ng tốc độ.......................................................................................77
Hình 4.3-7: Đ ứ
áp ng dòng đ ệ
i n Ia, Ib, Ic....................................................................78
Hình 4.3-8: Hệ ố
s méo dạ đ ệ
ng i n áp.........................................................................78
Hình 4.3-9: Đ ứ ủ ơ
áp ng momen c a động c ................................................................79

9. 
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 3-1: Bảng trạng thái van .............................................................................33
Bảng 3.2: Bảng trạng thái chuyển mạ ủ ộ ị ư
ch (pha A) c a b ngh ch l u 3L-NPC ....49
Bảng 3.3: Quá trình dẫn dòng của các khóa trong pha A của bộ nghịch lưu 3L-NPC
..............................................................................................................................52
Bảng 3.4: Bảng trạng thái chuyển mạ ủ
ch (pha A) c a 3L-FLC............................53
Bảng 3.5: Quá trình dẫn dòng của các khóa trong pha A của bộ nghịch lưu 3L-FLC
..............................................................................................................................55
Bảng 3.6: Bảng trạng thái chuyển mạ ủ
ch (pha A) c a 5L-CHB ...........................56
Bảng 3.7: Trạng thái của ba vector không ...........................................................61
Bảng 3.8: Thời gian tác động của vector Vref trong vùng I..................................63
B i
ảng 3.9: Vector đ ện áp và các trạng thái chuyển mạch....................................63
Bảng 3.10: Thời gian và thứ tự chuyển mạ ủ
ch c a các khóa trong vùng I-2a ......67
Bảng 3.11: Trình tự chuyể ạ ữ
n m ch gi a các vùng I~VI........................................68

10. 
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
EV Electric Vehicle Xe đ ệ
i n
4Q Four(4) Quadrant Bốn góc ph n t
ầ ư
DTC Direct Power C i
ontrol Đ ều khiển trực tiếp công suất
FOC F ield Toque Control Đ ề
i u khiển tựa từ thông
PWM Pulse Width Modulation Đ ề
i u chế độ rộng xung
D Diode t
Đi - ố
DC-motor Direct Current Motor Động cơ đ ệ
i n một chiều
IM Induction Motor Động cơ không đồng bộ
BLDC Brushless Direct Current
Motor
Động cơ ộ ề ổ
m t chi u không ch i
than
SRM Switched Reluctance Motor Động cơ từ trở
SPMSM Surface Permanent Magnet
Synchronous Motor
Động cơ ộ ĩ
đồng b nam châm v nh
cửu cực tròn
IPMSM Interior Permanent Magnet
Synchronous Motor
Động cơ ộ ĩ
đồng b nam châm v nh
cửu cực chìm
IGBT Insulated Gate Bipolar
Transistor
Tranzito có cự đ ề
c i u khiển cách ly
GTO Gate Turn-Off Thyristor Thyristor khóa được bằng cực
đ ề ể
i u khi n
MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor
Field-Effect Tranzitor
Tranzito trường
BJT Bipolar Junction Transistor Tranzito lưỡng cực

11. 
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thực tế phát triển của ngành công nghiệp phải đối mặt với hai sự
thay đổi chính là nguồn năng lượng và bảo vệ môi trường. Công nghiệp phát triển
và nhu cầ đ
u i lại gia tăng kéo theo hàng loạt phương tiện giao thông vận tải cũng
phát triển, khí thải từ các phương tiện giao gian tăng, theo số liệu ước tính khoảng
80% CO, 60% HC và 40% NOx trong b u khí quy
ầ ển sinh ra từ các phương ti n giao
ệ
thông, đặc biệt là ô tô. Để làm giảm khí thả ạ ớ ọ
i có h i t i môi trường, các nhà khoa h c
trên thế ớ đ ứ ể ệ ố ệ
gi i ã nghiên c u và phát tri n h th ng phương ti n giao thông phát sinh
ít khí thải, đó là ô tô đ ệ
i n, trong đó sử dụng động cơ đ ệ
i n thay thế động cơ đốt trong
sử dụng xăng dầu.
Động cơ đ ệ ấ
i n là v n đề then chố ứ ề
t khi nghiên c u v ô tô đ ệ ề ạ
i n. Có nhi u lo i
động cơ đ ệ ể ử ụ đ ệ đ đ
i n có th được s d ng cho ô tô i n, tuy nhiên áng chú ý và ang được
quan tâm nghiên cứu nhiều hiện nay là động cơ đồng bộ nam châm vĩ ử ự
nh c u c c
chìm (IPM).
Động cơ ề ư đ ể ộ ả ă đ ệ ấ
IPM có nhi u u i m vượt tr i, kh n ng sinh momen/dòng i n r t
cao, tuổi thọ lớ ọ ư
n, kích thước g n,… Nh ng để sử dụ ơ ầ ả
ng đượ độ
c ng c này c n ph i
có bộ biế ợ
n đổi h p lý, đáp ứng được yêu cầu hoạt động của động cơ và phù hợp với
đặc đ ể ủ đ
i m c a ô tô iện.
Với mục đích nghiên cứu bộ biến đổi thích hợp với động cơ IPM ứng dụng
trong ô tô đ ệ đ
i n ã thôi thúc học viên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứ ộ
u các b biến đổi
cho động cơ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor) dùng trong ô tô đ ệ
i n”.
Đề tài được thự ệ ồ
c hi n g m 04 chương:
Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM)
Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
Chương 4: Mô phỏng và đánh giá kết quả
Kết luận và đề xuất hướng phát triển đề tài

12. 
Trong quá trình thực hiệ ơ
n đề tài, trên c sở ứ ế ọ đ
nghiên c u lý thuy t, h c viên ã
sử dụ ụ ỏ ế
ng công c mô ph ng Matlab/Simulink để ti n hành mô phỏng, phân tích,
đ ế ả ố ế
ánh giá và so sánh các k t qu thu được. cu i cùng là k t luận v ph
ề ương án lựa
chọn bộ biến đổi phù hợp cho động cơ IPM.
Do thời gian thực hiện đề tài hạ ẹ ũ ư
n h p c ng nh hạ ế
n ch về ế ứ đ ề
ki n th c và i u
kiện thực nghiệm, luận v n ch
ă ắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy,
học viên kính mong nhậ ữ
n được nh ng lời nhậ đ ủ ầ
n xét, ánh giá và góp ý c a các Th y,
Cô để bản luận văn này được hoàn thiện hơn.
Học viên xin gửi lời cả ơ ầ ạ
m n chân thành đến Th y giáo, PGS. TS. T Cao
Minh đã hết lòng giúp đỡ và chỉ bả ậ ọ ờ
o t n tình cho h c viên trong th i gian thực hiện
luận văn này. Nếu không có sự hướng dẫ ệ ủ
n nhi t tình c a Thầy thì chắ ắ ọ
c ch n h c
viên không thể hoàn thành tốt luậ ă
n v n được.
Học viên cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy giáo, Cô giáo của
Viện Đào T ã t
ạo Sau Đại Họ đ
c ạ đ ề
o i u kiện h n l
ết sức thuậ ợi để họ ể
c viên có th
hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Hà Nội, ngày 28 tháng 09 năm 2011
Học viên
Vũ Minh Vương

13. 

14. 

15. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
1
CHƯƠNG 1
GIỚI THIỆU VỀ Ô TÔ Đ Ệ
I N
1.1. L i
ược sử phát triển của ô tô đ ện
Đứng trước nhữ ứ ề
ng thách th c v vấ ả ệ ứ ả
n đề khí th i gây hi u ng nhà kính và kh
năng cạn kiệt các nguồn năng lượng tự nhiên dưới lòng đất như dầ ỏ
u m , khí đốt,
than đá,… thế giới đang tích cực nghiên cứu thế hệ ệ ế ử
phương ti n ti p theo s dụng
n i
ăng lượng đ ện – xe đ ệ
i n (Electric Vehicle - EV), trọng tâm là ô tô đ ệ
i n. Ô tô đ ệ
i n
đ ị ử ể ừ ữ ă ủ ế ỷ đ ở ọ
ã có l ch s phát tri n lâu đời, t nh ng n m 90 c a th k trước ã tr thành tr ng
đ ể ứ ủ ề ố ị ổ ứ ọ
i m nghiên c u c a nhi u qu c gia, đơn v , t ch c và nhà khoa h c.
Đầu nă đ ệ ả ứ đ ệ ừ
m 1820, Faraday ã phát hi n ra nguyên lý c m ng i n t , khi phát
hiện ra khung dây mang dòng đ ệ
i n quay xung quanh từ trường của nam châm vĩnh
cửu. Đây là tiền đề cho việc phát minh ra nguyên lý chạy của động cơ đ ệ
i n sau này.
Chiếc xe điện đầu tiên được phát minh là chiếc xe mang tên xe Jedik, sản xuất
khoảng năm 1828, tại Hungary. Hiện nó đang được đặt tại bảo tàng của Hungary.
Hình 1.1-1: Mô hình chiếc xe đ ệ ế
i n đầu tiên trên th giới.
Chiếc xe này chỉ có thể chạy được tối đa 4m/h và không thể mang theo bất kỳ
một tải trọng nào. Nhưng nó được coi là chiếc xe có dáng dấp của động cơ đ ệ
i n u
đầ
tiên trên thế giới. Năm 1831, Faraday phát minh ra nguyên lý hoạ ủ
t động c a động
c i
ơ đ ện một chiều. Đây là nền tảng để các nhà phát minh tiếp tục con đường chế ạ
t o

16. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
2
ô tô đ ệ
i n sau này. Năm 1838, một nhà phát minh người Scotland tên là Robert
Davidson xây dựng thành công đầu máy xe lửa chạ đ ệ
y i n, nhưng tốc độ củ ỉ
a nó ch
có thể đạt 6km/h và ông là người đầu tiên sử ụ
d ng pin không xạc lại cho xe đ ệ
i n.
Năm 1851, công nghệ sử dụ ạ
ng pin không x c được các nhà chế tạ ụ
o áp d ng,
dần dần tăng vận tốc và khả nă ị ả ủ đ ệ ờ
ng ch u t i c a xe i n lên. Th i kỳ này vận tốc xe
đ ệ ố ấ ă
i n t t nh t đạt được là 19km/h. N m 1865, nhà phát minh người Pháp tên là
Gaston Plante đã cải tiế ả
n kh nă ư ữ
ng l u tr củ đ ộ
a pin. Sau ó, ông cùng m t đồng
nghiệp người Pháp tên là Camille Faure nâng cao khả nă ư ữ ủ ă
ng l u tr c a pin vào n m
1881, mở ra thời kỳ ph n t
ồn thịnh cho phương tiện giao thông đ ệ
i ử. Pháp và Anh là
những nước đầu tiên hỗ trợ việc phổ biến và phát triể ệ ạ
n phương ti n giao thông ch y
đ ệ ế
i n trong th kỉ ă ộ
XIX. N m 1899, m t nhà phát minh người Bỉ tên là Camille
Jenatzy xây dựng thành công ô tô đ ệ
i n có tên: “La Jamais Contente”, đạt kỉ lụ ề
c v
tốc độ tạ ờ đ ể ấ ờ đ ă
i th i i m b y gi , 100km/h. Sau ó vào ngày 29 tháng 4 n m 1899, ông
còn đưa ra một phiên bản mớ đ ệ
i cho xe i n có hình dạng giống quả Rocket, có thể
chạy với vận tốc tối đa lên tới 105,88km/h. Năm 1900, có 4200 ô tô được bán ra thị
trường, trong đó có 40% là xe chạy bằng động cơ hơi nước, 38% xe chạ ằ
y b ng động
c i
ơ đ ện và 22% xe chạy bằng động cơ xă ầ ũ ă ộ
ng d u. C ng trong n m này, m t công ty
v i
ề xe đ ện của Pháp tên là B.G.S đã chế tạ đ ệ ớ ố
o thành công xe i n v i t c độ lớ ấ
n nh t
có thể đạt là 64km/h, và có thể chạy được khoảng 150km sau mỗi lần sạc.
Hình 1.1-2: Camille Jenatzy trong chiếc Jamais Contente năm 1899.

17. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
3
Đầu thể ỉ ờ
k XX là th i kỳ hoàng kim trong nền công nghiệp ô tô của nước Mỹ.
Các loại ô tô sử ụ ơ ơ ơ đ ệ ơ
d ng động c h i nước, động c i n, động c xă ầ
ng d u ngày càng
trở nên phổ biến. Nhưng ô tô đ ệ
i n là phương tiện có lợi thế hơ ủ
n các đối th cạnh
tranh vì chúng không rung, không có tiế ồ
ng n, không mùi, không cần cơ cấu sang
số cũ ư ả
ng nh ph i chờ thời gian khởi động của các dòng xe khác. Giá thành của các
loại xe đ ệ
i n cũng rẻ ơ
h n so với xe cùng loại. Lúc đó khoảng 3000$ một chiếc xe.
Những từ nă ở đ
m 1920 tr i, ô tô đ ệ ầ ầ ắ ỗ
i n d n d n v ng bóng, nhường ch cho sự
hưng thịnh của ô tô chạy bằng động cơ đốt trong.
Nguyên nhân của sự suy tàn này là do:
- Hệ thống giao thông của nước Mỹ đã được cải thiện đáng kể giữa các thành
ph y n
ố với nhau và cũng yêu cầu các xe chạ được đ ạ
o đường dài nhất định.
- Sự khám phá ra dầu thô ở Texas giúp giảm giá bán xăng và mang đến sự tiện
lợi cho người sử dụng.
- Sự phát minh ra bộ khởi động cho động cơ xă ả ờ ở
ng giúp gi m th i gian kh i
động của xe.
- o
Trong giai đ ạn đầu của sản xuất các động cơ đốt trong bởi công ty Ford đã
tạo ra hàng loạt các xe ô tô rộng rãi, giá cả phải chăng từ 500$ đến 1000$.
Trong khi các thiế ị đ ệ đ ệ ử ă
t b i n, i n t ngày càng t ng giá.
- Sự hạn chế về khả năng sạc pin của ô tô đ ệ ở
i n các vùng khác nhau. Trong khi
xăng được bán phổ biến ở khắp mọi nơi.
N i
ăm 1960, ô tô đ ện bắt đầu được quan tâm trở lạ ể
i, nguyên nhân là do hi m
họa môi trường mà động cơ đ
đốt trong em lại. Các công ty lớn của ngành ô tô như
General Motor và Ford đ ư
ã đầu t vào việc nghiên cứu và phát triển ô tô đ ệ
i n.
General Motor đã đầu tư cho chương trình ô tô đ ệ
i n được gọi là Electrovair và
Electrovan với hai dòng xe đ ệ
i n đặc biệt là Electrovair I (1964) và Electrovair II
(1966) có đặc trưng:
- Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha công suất 115kW
- Pin với hai cự đ ệ ứ
c là Ag và Zn, i n áp định m c 512V
- Tốc độ tối đa 128km/h

18. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
4
- Khoảng cách đi được sau hai lần sạc liên tiế ả
p kho ng 150km
- Tăng tốc từ 0 – 100km/h mất 15,6s
- Trọng lượng khoảng 1,5 tấn
Hình 1.1-3: Electrovair II (1966).
Năm 1998, sau nhiều lần thử nghiệm, General Motor giới thiệu phiên bản ô tô
đ ệ
i n đầu tiên đưa ra thị trường mang tên EV1, với hai cửa và có thể mang hai hành
khách.
Hình 1.1-4: Phiên bản EV1 của General Motor.
Trong phiên bản này, General Motor sử ụ
d ng:
- Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha công suất 137kW

19. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
5
- Pin sử dụng là chì axit, đ ệ
i n áp định mức 312V
- Tốc độ tối đa có thể 150km/h
- Quãng đường đi được sau mỗi lần sạc khoảng 200km
- Thời gian tăng tốc từ 0 – 100km/h khoảng 8,5s
- Trọng lượng 1,3 tấn.
Cùng với sự ư
đầu t mạ ẽ
nh m củ ư
a General Motor, các hãng ô tô khác nh
Toyota, Honda, Nissan, Tesla… cũ ư ấ
ng đầu t r t mạ ị
nh vào th trường đầy tiề ă
m n ng
này.
Hãng Toyota trong thập kỷ 90 của thế kỷ ọ đ ớ ệ ấ ề ạ
trước h ã gi i thi u r t nhi u lo i
xe đ ệ
i n và xe lai điện tiết kiệ ệ đ ở ả ấ đ ệ
m nhiên li u và ã tr thành nhà s n xu t xe i n hàng
đầu thế ớ ộ ố ạ ể
gi i. M t s lo i xe tiêu bi u như Toyota Prius, Toyota Rav4 – EV, Toyota
Hybrid,…
V i
ề phía Việt Nam, tình hình xe đ ện nói riêng và ngành công nghiệp ô tô nói
chung chưa phát triển. Trong những năm qua, hầu hế ạ
t các lo i ô tô trong nước đều
nh n
ập khẩu các linh kiệ ở nước ngoài rồi về Việt Nam lắp ráp. Các loại xe đ ệ
i n hiện
nay mà nước ta có đang trong mức độ thử nghiệm. Một số đã được thương mại hóa
như xe đạp đ ệ
i n, còn lại vẫn còn trong giai đ ạ
o n trong phòng thí nghiệm. Chúng ta
chủ yế ỉ
u ch sả ấ ơ đ ệ
n xu t được xe đạp mang động c i n, xe lă đ ệ
n i n hoặc xe 3 bánh
đ ệ ữ ạ ư đ ệ đ ệ ầ ế ậ ẩ
i n. Còn nh ng lo i xe khác nh xe máy i n hay ô tô i n thì h u h t nh p kh u
từ Trung Quốc hoặc nhập toàn bộ linh kiện từ nước ngoài về lắp ráp.
Do những lý do trên, yêu cầu phát triển một dòng xe đ ệ
i n mang thương hiệu
Việt Nam ngày càng cần thiết.
1.2. Những ưu đ ể
i m và đ ể
i m còn tồn tại của ô tô đ ệ
i n
B i i i
ằng việc dùng động cơ đ ện, ô tô đ ện có nhiều ưu đ ểm so với các loại xe
khác:
- Khả nă đ ề ể ơ
ng i u khi n nhanh và chính xác momen: động c đốt trong có thời
gian đáp áp
ứng momen khoảng 100-200ms trong khi động cơ đ ệ
i n cho đ ứng
momen chỉ ừ
t 1-2ms. Không những thế, momen củ ơ đ ệ
a động c i n có thể được

20. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
6
đ ề ể ộ
i u khi n m t cách chính xác, nhờ đó nâng cao tính an toàn cho cả xe và
người đ ề
i u khiển.
- Khả nă ạ ỏ
ng lo i b bộ ề ơ đ ề ể ậ ơ
truy n c khí, i u khi n độc l p các bánh xe: động c
đ ệ ỏ
i n có kích thước nh gọ ể
n, có th được tích hợp trực tiếp hoặc truyền động
cho từng bánh xe thông qua một bộ truyền với m t t
ộ ỉ số ề ấ
truy n duy nh t. Vì
thế, ta có thể loại bỏ bộ truyền truyền thống gồm: trục cardan, bộ ly hợp, bộ vi
sai, các bán trục cardan,… nhờ đó, giảm bớt kích thước và trọng lượng của xe.
- i
Khả năng nâng cao chất lượng chuyển động bằng đ ều khiển động cơ: động cơ
đ ệ ễ đ ề ể ệ ấ
i n d i u khi n và có hi u su t cao hơn nhiều so với động cơ đốt trong. Các
vấn đề trong chuyển động của xe như trượt, mấ ổ ể
t n định bên có th được giải
quyết bằng khéo léo đ ề
i u khiển động cơ đ ệ
i n, trong khi ở xe chạy động cơ đốt
trong, các vấ đ
n đề ó chỉ có thể được giải quy t b
ế ằng giải pháp cơ khí.
- i
Không phát sinh khí thải, không rung ồn: một ưu đ ểm không thể chố ủ
i cãi c a
động cơ đ ệ ề ả đ ể ớ ấ ủ
i n là nó không h phát sinh khí th i – nhược i m l n nh t c a
độ đố độ
ng cơ t trong. Bên cạ đ ơ đ ệ
nh ó, động c i n hoạt ng êm, không rung ồn
làm cho xe đ ệ
i n chạ ổ
y n định và không ồn như xe chạy động cơ đốt trong.
- i
Tiết kiệm năng lượng: động cơ đ ện không những có thể hoạt động ở chế độ
động cơ ể
mà còn có th chạ ở ế Đ ề ạ ả
y ch độ máy phát. i u này t o ra kh năng tái
sinh năng l ng d
ượ ư thừa về nguồn, qua đó góp phần tiết kiệm năng lượng cho
xe.
Tuy nhiên, xe đ ệ
i n cũng có những còn tồn tại:
- Thời gian sạ ấ ớ ấ ủ đ ệ ệ ờ ạ
c pin lâu: v n đề l n nh t c a xe i n hi n nay là th i gian s c pin
quá lâu. Từ khi pin có thể sạ ạ
c l i ra đời cách đây gầ ă
n 200 n m đến nay, người
ta đã không ngừng nghiên cứu tìm cách rút ngắn thời gian này lại. Hiện nay,
thời gian ngắn nhất mà con người cần để sạc đầy pin là 10 phút – quá lâu so
với thời gian đổ đầy bình x ng.
ă
- Quãng đường chạy được trên một lần sạc hạn chế ũ ộ
: dung lượng pin c ng là m t
vấn đề lớ ủ đ ệ ệ đ ệ ư ổ ế ẫ ư
n c a xe i n. Hi n nay, xe i n ch a ph bi n nên v n ch a có các
trạm sạc pin công cộng trong khi dung lượng pin thì có hạn. Quãng đường dài

21. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
7
nhất mà xe đi i
ện chạy được ở thời đ ểm hiện tại khoảng 370km cho mộ ầ ạ
t l n s c
đầy.
- Trọng lượng pin lớn: cuối cùng, ngoài vấn đề dung lượng và thời gian sạc,
trọng lượng pin cũng là một vấ ứ
n đề nh c nhố ữ ẫ
i không kém. Trong nh ng m u
xe hiện nay, trọng l ng l ng c
ượng pin chiếm gần một nửa trọ ượ ả xe, vượt quá
những gì nó tiết kiệm được từ việc loại bỏ bộ truyề ơ
n c khí.
Người ta đang cố gắ ả ế ệ ế
ng c i ti n công ngh ch tạo pin để tăng dung lượng,
giảm trọng lượng, rút ngắn thời gian sạc pin để từ đó kéo dài tầm hoạt động của xe.
Ngoài dùng pin, người ta đang nghiên cứu dùng một số ồ ă
ngu n n ng lượng khác
như: năng lượng mặt trời, nă ụ ệ ả
ng lượng gió, siêu t , pin nhiên li u,… để nâng cao kh
năng lưu trữ và rút ngắn thời gian sạc.
Tuy nhiên, những nghiên cứ ẫ đ
u này v n ang còn trong phòng thí nghiệm và
vẫn chưa hoàn thiện để có thể triển khai trong thực tế.
1.3. C i
ấu tạo chung của một hệ truyền động ô tô đ ện
Hình 1.3-1: C u hình c
ấ ơ ả
b n của một hệ truyề đ ệ
n động ô tô i n.

22. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
8
Một hệ thố ề đ ệ ầ ơ ả
ng truy n động trong xe i n ngày nay có hai thành ph n c b n:
- i
Nguồn năng lượng là thành phần di động ở dạng hóa năng hoặc đ ện năng.
- C i
ơ cấu truyền lực được cung cấp duy nhất bởi động cơ đ ện.
Xe ô tô đ ệ
i n có các cấu hình: 1 động cơ, hai động cơ và bốn động cơ.
Hiện nay, những mẫu xe đ ệ
i n phổ biến trên thị trường thường dùng cấu hình
m i i
ột động cơ đ ện và sử dụng nguồn đ ện một chiều từ ắc quy. Cấu hình này rất đơn
giản và dễ chế tạ ư ế ư đ ể ủ đ ệ ả
o nh ng không phát huy được h t u i m c a xe i n. Kh năng
sinh momen nhanh và chính xác của động c n không
ơ đ ệ
i được tận dụng tố đ
i a; khả
năng tái sinh năng lượng bị hạ ế ế ệ
n ch ; không ti t ki m được không gian cho xe.
Ngoài ra, việc có thêm bộ truyề ơ
n động c khí nặng nề làm tăng trọng l ng c
ượ ủa xe,
qua đó, tăng công suất của động cơ. Cấu hình này sẽ dần dần được thay thế bởi cấu
hình ô tô đ ệ
i n 2 ng c
động cơ ở
( hai bánh) và 4 độ ơ ở ố
( b n bánh) trong tương lai.
Ở các cấ ư
u hình nh vậ ơ
y, động c truyề ự ế
n động tr c ti p cho bánh xe. Các động
c i i
ơ được đ ều khiển độc lập, hoạt động của chúng được đ ều phối qua một máy tính
trung tâm, bảo đảm tính ổn định và an toàn trong chuyển động của xe. Bên cạ đ
nh ó,
việc tích hợp các động cơ ừ
đến t ng bánh xe sẽ lo i b
ạ ỏ cấ ộ ề ơ
u hình b truy n c khí,
giảm bớt trọng l ng c
ượ ủa xe, qua đó, giảm bớt công suất động cơ, giảm bớt giá
thành cho xe.
1.4. Các động cơ đ ệ
i n có thể s d
ử ụng trong ô tô đ ệ
i n
Hệ truyền động sử dụ ơ đ ệ ủ
ng động c i n là trái tim c a ô tô điệ ệ
n. Hi n nay,
những loại động cơ sau có khả nă ụ ơ ề đ ệ
ng áp d ng làm động c truy n động cho xe i n:
động cơ ộ ề ơ ộ ơ ừ
m t chi u (DC), động c không đồng b (IM), động c t trở (SRM), động
cơ mộ ề ổ
t chi u không ch i than (BLDC), động cơ ộ
đồng b nam châm vĩ ử
nh c u chìm
(IPM).
Ư đ ể ả
u, nhược i m, kh nă ứ ụ ự ọ ơ
ng ng d ng và l a ch n động c được luậ ả ơ
n gi i c
bản như sau:
Động cơ mộ ề
t chi u (DC motor): động cơ ư đ ể
DC có u i m nổi bật là rất dễ
đ ề ể ệ ấ ệ
i u khi n, hi u su t cao. Khi công ngh bán dẫ ĩ ậ đ ề ể ư
n và k thu t i u khi n ch a phát
triển, động cơ DC là sự lự ọ ữ ứ ụ ầ đ ề ể ố
a ch n hàng đầu cho nh ng ng d ng c n i u khi n t c

23. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
9
độ, moomem. Nhược đ ể ủ ơ
i m c a động c DC là cầ ộ ổ
n b vành góp, ch i than có tuổi
thọ thấp, đòi hỏi bảo trì, bảo dưỡng thường xuyên, không phù hợp với đ ề
i u kiện
nóng ẩm, bụi bặm. Khi công nghệ bán dẫn, kĩ thuật đ ề
i u khiển phát triển mạnh,
động cơ ầ ị ế ở
DC d n b thay th b i các loạ ơ
i động c khác.
Động cơ ộ
không đồng b (Induction motor – IM): i
động cơ IM có ưu đ ểm rẻ
tiền, thông dụng, dễ chế tạ ớ ĩ ậ ệ ể ự ệ
o. V i k thu t hi n nay, hoàn toàn có th th c hi n các
thuật toán đ ề
i u khiển vector tiên tiến cho động cơ IM, đ ứ
áng ng các yêu cầu công
nghệ cầ ế đ ể ủ ơ ệ ấ ấ ấ ạ
n thi t. Nhược i m c a động c IM là có hi u su t th p nh t trong các lo i
động cơ ể
k trên, đặc biệ ạ ở
t khi ch y vùng tốc độ thấp. Các hãng xe của Hoa Kỳ như
GM phần l n s
ớ ử ụ
d ng động cơ IM làm động cơ truyền động, lý do là xe của Mỹ chủ
yếu chạy trên đường cao tốc, khoảng cách dài, đường trong đô thị cũ ộ
ng r ng và
thoáng; khi đ ơ
ó động c IM sẽ phát huy được tố đ
i a hiệ ấ ủ ổ ấ
u su t c a mình, t n th t
không lớ Ở
n. Việt Nam, đường của chúng ta chủ yếu là nhỏ ẹ đ đ ạ
, h p, ông úc, xe ch y
ở ố ấ ả ừ ớ ạ ư
t c độ th p và hay ph i d ng, đỗ. V i môi trường ho t động nh vậ ơ
y, động c IM
sẽ phải thường xuyên chạy ở tốc độ dưới định mứ ệ ấ ấ
c gây hi u su t th p, momen khởi
độ độ
ng nhỏ không tố ầ ở
t khi c n kh i ng nhiề ể ố đ ệ ấ
u, không th phát huy t i a hi u su t và
gây ra tổn thất lớn.
Động cơ ừ
t trở (Switched Reluctance Motor - SRM): động cơ từ ở ấ
tr có c u
tạo chắc chắn, đơn giản, kích thước nhỏ, không có chổi than và vành góp, dây quấn
chỉ có ở stator, không có dây quấn hay nam châm ở rotor do vậy tiết kiệm được vật
liệu. Hơn nữa dây chỉ quấn quanh một cực và không bị phân tán như trong các động
cơ xoay chiều khác nên rõ ràng kinh tế hơ ấ
n, giá thành th p. Do có cấ ạ ấ ắ
u t o r t ch c
chắn, đơn giả ầ ớ ổ ệ
n và ph n l n t n hao trên stator nên vi c làm mát dễ ể
dàng, có th làm
việc tốt trong môi trường khắc nghiệt, nhiệt độ cao, rung động, mắt khác không có
nam châm vĩnh cửu nên nhiệt độ cho phép và tuổi thọ củ ơ ơ
a động c cao h n các
độ độ
ng cơ khác. Động cơ ể
SRM có th hoạt ng trên cả ố
b n góc phần tư ệ
, momen hi u
xuất cao do tỷ lệ vớ đ ệ ả
i bình phương dòng i n, kh nă ệ ớ
ng làm vi c v i tốc độ đế
cao n
100000v/phút .Tuy nhiên: momen đập mạch lớn, khi hoạt động gây ra nhiều tiếng
ồ ơ
n, động c từ ở
tr rấ ứ ạ ậ ể ả ấ đ ệ
t ph c t p trong v n hành và không th đơn gi n c p i n cho

24. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
10
dây quấn stato và động cơ sẽ ư ạ ơ ệ ớ
quay nh các lo i động c khác. Hi n nay SRM m i
chỉ dừ ạ ứ ụ ạ ộ ố ĩ ự ấ ở
ng l i ng d ng c nh tranh trong m t s ít l nh v c công su t trung bình tr
xuống.
Động cơ ộ ề ổ
m t chi u không ch i than (BLDC): động cơ BLDC có đặc tính cơ
giống động cơ một chiều, mật độ công suấ ố
t/kh i lượng l n, kh
ớ ả năng sinh momen
cao. Nhược điể ơ ả ủ ơ ấ ớ ấ
m c b n c a động c BLDC là có nh p nhô momen l n, xu t hiện 6
xung momen trong 1 chu kỳ, tuy nhiên, có thể ử
s dụ ậ
ng các thu t toán đ ề
i u khiển để
gi u
ảm nhấp nhô momen. Với những ư đ ể
i m của mình, động cơ BLDC được sử
dụng nhiều bởi các hãng xe của Nhật Bả ố Đ ũ
n và Hàn Qu c. ây c ng là loạ ơ
i động c
có nhiều tiềm nă ứ
ng ng dụng cho xe điện và có thể được nghiên cứu thiết kế, chế
tạo tại Việt Nam.
Động cơ ộ ĩ ử ự
đồng b nam châm v nh c u c c chìm (Interior Permanent
Magnet Motor – IPM): động cơ IPM có những ưu thế gần như tuyệt đối trong ứng
d i
ụng cho xe đ ện. Động cơ nam châm vĩnh cửu thông thường có nam châm được
gắn trên bề mặ ố đ đ ề ể ấ ố
t rotor (SPM) v n ã có đặc tính i u khi n r t t t. Động cơ IPM có
nam châm được gắn chìm bên trong rotor, dẫn tới sự khác biệt giữa c
đ ệ
i n cảm dọ
trục và đ ệ
i n cảm ngang trục, từ đó tạo khả nă ừ ở
ng sinh momen t tr cộng thêm vào
momen vốn có của động cơ. Đặc tính này khiến động cơ IPM có khả năng sinh
momen/dòng i
đ ện rất cao, đặc biệt phù hợp cho xe đ ệ
i n. Mặc dù động cơ IPM hiện
nay có giá thành rất cao do chưa được sản xuất hàng loạt rộng rãi và còn đang trong
quá trình hoàn thiện nghiên cứu v u trúc, nh
ề ấ
c ư đ
ng ây là động c p nh
ơ phù hợ ất để
s i
ử dụng cho xe đ ện hiện nay và tương lai.

25. Chương 1: Giới thiệu về ô tô đ ệ
i n
11

26. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
11
CHƯƠNG 2
ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ Ĩ Ử
NAM CHÂM V NH C U
CỰC CHÌM (IPM MOTOR)
Qua tổng hợp và phân tích các ư đ ể
u i m, nhược đ ể
i m và khả nă ứ ụ
ng ng d ng
của từng loại động cơ trong Chương 1, nhận thấy rằng động cơ đồng bộ nam châm
vĩnh cửu cực chìm (Interior Permanent Magnet Motor – IPM) đ ứ
áp ng tốt nhất các
yêu cầu trong ô tô đ ệ
i n.
2.1. Giới thiệu chung về IPM
Về cấ ạ ơ ộ
u t o động c đồng b nam châm vĩnh cử ộ ố ư ở
u, cu n dây stator gi ng nh
độ đồ
ng cơ ng bộ ấ ư ộ ừ
rotor dây qu n, nh ng cu n kích t củ ế
a rotor được thay th bằng
nam châm vĩnh cử Ư
u. u đ ể
i m của động cơ này là triệt tiêu tổn thất đồng ở rotor,
nhưng lại mất đi sự linh hoạt trong đ ề
i u khiển từ thông so với động cơ đồng bộ rotor
dây quấn. Với những loại nam châm vĩ ử ậ
nh c u có m t độ nă ư
ng lượng cao nh
NdFeB, kích thước động cơ ẽ
s nhỏ ơ
h n với momen quán tính thấp h n l
ơn, rất thuậ ợi
cho nhiề ứ
u ng dụng truyền động.
Dù giá thành động cơ ộ
đồng b nam châm vĩ ử ơ ư ạ
nh c u đắt h n, nh ng bù l i nó có
hiệu suất cao hơn. Trong vài năm trở lạ đ
i ây, giá thành NdFeB có xu hướng giảm
dẫn n
đế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh c ng d
ửu cực chìm càng được ứ ụng rộng
rãi. Dải công suất sử ụ
d ng thường là trung bình và thấp và thường nhỏ ơ
h n 100kW.
Động cơ ộ ĩ ử ể ạ đ
đồng b nam châm v nh c u có th chia ra làm hai lo i ó là: động
cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực tròn (SPMSM: Surface Permanent Magnet
Synchronous Motor) và động c ng b nh c
ơ đồ ộ nam châm vĩ ửu cực chìm (IPMSM:
Interior Permanent Magnet Synchronous Motor).
¾ Ở ơ ĩ ử ắ
động c SPM, nam châm v nh c u được g n đều trên bề mặ ở
t rotor, khe h
không khí lớn, đồng bộ. Do đ đ ệ
ó i n c p x
ảm đồng bộ ngang trục và dọc trục xấ ỉ
bằng nhau (Ld = Lq), ảnh hưởng của phản n n
ứng phầ ứng cũng bị giảm do đ ệ
i
cảm từ hóa nhỏ, mật độ từ ở ố ậ
thông khe h không khí phân ph i đều, do v y độ
đập mạ ỏ
ch momen nh .

27. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
12
¾ Ở ơ ở ố
động c IPM, khe h không khí không đều do b trí nam châm trên rotor
không đều, ở vị trí trục d lớn hơn trục q (Ld < Lq), phả ứ
n ng phầ ứ
n ng có phần
vượt trội, ảnh hưởng của khe hở không khí nhỏ và khá bền vững. Động cơ
IPM có nhữ ư đ ể
ng u i m khiến ta phải chú ý như: khả nă ớ
ng momen sinh ra l n
h i
ơn, tốc độ cao hơn, đ ều chỉnh từ thông được nhiều hơn.
Hình 2.1-1: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm.
Vật liệu dùng để sả ấ ĩ ử đ ạ
n xu t nam châm v nh c u khá a d ng, đầu tiên là thép
cứng. Nam châm được làm từ thép dễ dàng bị từ ỉ ể
hóa. Tuy nhiên, chúng ch có th
mang năng lượng rất nhỏ và dễ ị ử ừ
dàng b kh t .
Hiện nay, các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạ ậ ệ
o được các v t li u làm
nam châm mới như Aluminum Nickel, thép Cobalt (ALNICO), Strontium Ferrite
hoặc Barium Ferrite, Samarium Cobalt (SmCo), Neodymium – Iron – Boron
(NdFeB). Trong số các vật liệu này, nam châm làm từ Neodium – sắt – Boor
(NdFeB) có mậ ă
t độ n ng lượng cao nhất, từ dư ớ ấ
l n nh t và độ từ kháng Hc lớn nhất,
do đó giảm trọng lượng của máy đ ệ
i n. Vật liệu này ngày càng được sử dụ ộ
ng r ng
rãi trong các ứng dụng công nghiệp.
Với các tính năng như trên, IPM khẳng định là giải pháp rấ đ
t áng quan tâm
trong việc sử ụ
d ng động cơ đi i
ện trong ô tô đ ện.

28. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
13
2.2. Đặc tính góc-momen của động cơ
Trong hệ truyề ơ ộ
n độ độ
ng ng c đồng b , người ta thường sử ụ
d ng đặc tính góc-
momen M = f(δ). Đặc tính góc–momen biểu diễn mối quan hệ giữa momen của
động cơ vớ ệ ữ
i góc l ch gi a vector đ ệ ứ đ ệ ả
i n áp pha stator và vector s c i n động c m
ứ ấ ừ
ng trong dây qu n stator do t trường nam châm vĩ ử
nh c u sinh ra.
Hình 2.2-1: Đồ thị vector động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm.
Đặc tính M = f(δ ự ự ị ủ ạ ớ
) được xây d ng d a trên đồ th vector c a m ch stator v i
giả thiết bỏ qua đ ệ
i n trở stator Rs.
Từ đồ thị hình 2.2-1, ta có thể viết được: δ
δ
φ sin
cos
cos sd
sq
s
I
I
I −
= (2-1)
Công suất đầ độ
u vào ng cơ: φ
cos
3 s
s I
U
P = (2-2)
Suy ra: )
sin
cos
(
3 δ
δ sd
sq
s I
I
U
P −
= (2-3)
Ngược lại từ đồ thị ta cũng có thể viết:
s f
sd
d
U cos E
I
X
δ −
= (2-4)
s
sq
q
U sin
I
X
δ
= (2-5)
Từ đó ta có: δ
δ 2
sin
2
)
(
3
sin
3 2
q
d
q
d
s
d
f
s
X
X
X
X
U
X
E
U
P
−
+
= (2-6)

29. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
14
Hay:
X
X
X
X
U
X
E
U
p
T
q
d
q
d
s
d
f
s
e
p
e
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡ −
+
= δ
δ
ω
2
sin
2
)
(
sin
2
3 2
(2-7)
Vì Us = ωe.Ψs , Ef = ωe.Ψf nên từ phương trình (2-7) ta có:
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎣
⎡ −
+
= δ
ψ
δ
ψ
ψ
ω
2
sin
2
)
(
sin
2
3 2
q
d
q
d
s
d
f
s
e
p
e
L
L
L
L
L
p
T (2-8)
Phương trình (2-8) là phương trình của momen Te vớ δ ứ ớ
i góc momen ng v i
động cơ ầ ứ ấ ủ ở ừ
IPM. Thành ph n th nh t c a phương trình được sinh ra b i t thông nam
châm vĩnh cử Ψ
u f hay thành phần momen tích cực. Thành phần thứ hai được định
nghĩa như thành phần momen từ trở, phát sinh do đặc a
đ ể
i m củ động cơ cực chìm
với Ld < Lq.
Hình 2.2-2: Đặc tính góc-momen của động cơ.
2.3. Mô hình toán học và phương pháp đ ề
i u chỉnh động cơ
2.3.1. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ t c
ọa độ ực
H i
ệ phương trình đ ện áp ba pha cuộn dây stator:
a
a S a
b
b S b
c
c S c
d
u R i
dt
d
u R i
dt
d
u R i
dt
ψ
ψ
ψ
⎧
= +
⎪
⎪
⎪
= +
⎨
⎪
⎪
= +
⎪
⎩
(2-9)

30. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
15
Với Rs là đ ệ
i n trở cuộn dây stator; Ψa, Ψb, Ψc là từ thông stator trên các trục
pha a, pha b và pha c của dây quấn stator. Hệ ph ph
ương trình (2-9) là hệ ương trình
cơ bả ể ệ ọ
n trong không gian ba pha. Khi chuy n sang h t a độ cực ta có phương trình
mô tả toán họ ơ
c động c như sau:
3
2
s
s s s
p
e s s
d
u R i
dt
p
T i
ψ
ψ
⎧
= +
⎪
⎪
⎨
⎪ = ×
⎪
⎩
(2-10)
Ở đ Ψ
ây s là từ ồ
thông stator, g m hai thành phần, một thành phần do dòng
stator sinh ra, và một thành phần do từ thông rotor Ψf (từ thông sinh ra bởi nam
châm vĩnh cửu):
f
s
s
s i
L ψ
ψ +
= (2-11)
Phương trình động học động cơ:
dt
d
J
p
dt
d
J
T
T e
p
r
L
e
ω
ω 1
=
=
− (2-12)
Trong đó TL là momen tả ω
i, r là tố ơ
c độ c động cơ, Te,ωe là momen đ ệ
i n từ và
t i
ốc độ đ ện động cơ.
2.3.2. Mô tả toán học động cơ IPM trong hệ t c
ọa độ ố định 0αβ
Bằng cách thành lập các đại lượng vector không gian trên hệ tọa độ cố định
0αβ, ta có hệ phương trình mô tả toán học động cơ ệ ọ ư
IPM trong h t a độ 0αβ nh sau
[4]:
( )
3
2
1
s
s s s e s
s
s s s e s
p
e s s s s
e
e L
p
d
u R i
dt
d
u R i
dt
p
T i i
d
T T J
p dt
α
α α β
β
β β α
α β β α
ψ
ωψ
ψ
ωψ
ψ ψ
ω
⎧
= + +
⎪
⎪
⎪ = + −
⎪
⎪
⎨
⎪ = −
⎪
⎪
⎪ − =
⎪
⎩
(2-13)

31. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
16
Ở đ Ψ
ây sα, Ψsβ là từ thông stator trên các trục 0α và 0β. Cả Ψsα, Ψsβ đều gồm
hai thành phần, một là do dòng đ ệ
i n stator sinh ra, một là do từ Ψ
thông rotor f sinh
ra. Có thể tính Ψsα, Ψsβ theo công thức sau:
cos(0 , )
cos(0 , )
s s f f
s s f f
L i
L i
α α α
β β β
ψ ψ α ψ
ψ ψ β ψ
= +
⎧
⎪
⎨
= +
⎪
⎩
(2-14)
Công thứ ị đ ệ ả
c xác định giá tr i n c m Lα, Lβ:
s m
s m
L L L
L L L
α δ α
β δ β
= +
⎧
⎨
= +
⎩
(2-15)
Với Lsδ, Lmα, Lmβ lầ ị đ ệ ả ấ đ ệ ả ừ
n lượt là các giá tr i n c m dây qu n stator, i n c m t
hóa trên trục 0α đ ệ ả ừ ụ β
và i n c m t hóa trên tr c 0 .
Nhận xét:
- Mô hình động cơ IPM ở cả ệ ụ ọ
hai h tr c t a độ cự ố
c và c định 0αβ đều không
ứ ụ ư đ ể ủ ơ ừ Ψ
ng d ng được u i m c a động c IPM là có vector t thông rotor f luôn
có hướng xác định.
- i
Vì khe hở không khí ở động cơ IPM là không đồng đều, nên giá trị đ ện cảm
từ hóa ở các vị trí trong khe hở không khí là khác nhau, do vậy giá trị đ ệ
i n
cảm Ls, Lα, Lβ luôn thay đổi khi động cơ làm việc.
Do vậy, rất khó khăn để tính toán cũng như ấ ậ đ ề ể ố
đề xu t thu t toán i u khi n t i
ưu trên trên các hệ ụ ọ ự ố
tr c t a độ c c và c định 0αβ.
2.3.3. Mô tả toán học động cơ IPM trên hệ tọa độ d-q
a. Phương trình mô tả toán học
Phương trình mô tả toán học động cơ ệ ọ
IPM trên h t a độ quay đồng bộ d-q:
'
3
( )
2
1
d
sd s sd e q
q
sq s sq e d e f
e d sq q sd
e
e L
p
d
u R i
dt
d
u R i
dt
T p i i
d
T T J
p dt
ψ
ωψ
ωψ ωψ
ψ ψ
ω
⎧
= − +
⎪
⎪
⎪
= + + +
⎪
⎪
⎨
⎪ = −
⎪
⎪
− =
⎪
⎪
⎩
(2-16)

32. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
17
usd, usq là hai thành phần trên trục d và q của vector đ ệ
i n áp stator, tương tự isd,
isq là các thành phần dòng đ ệ
i n stator trên trục d và q. Ψd, Ψq là từ thông stator trên
các trục d và q. Vì từ thông rotor Ψf luôn có hướng trùng với trục d nên thành phần
từ thông Ψq chỉ do dòng đ ệ
i n isq sinh ra, còn thành phầ Ψ
n d do cả dòng đ ệ
i n isd và từ
thông rotor Ψf sinh ra.
Ta có công thức sau:
'
( )
( )
d d f d md sd d sd f
q q mq sq q sq
L L i L i
L L i L i
δ
δ
ψ ψ ψ ψ
ψ
⎧ = + = + = +
⎪
⎨
= + =
⎪
⎩
(2-17)
Với:
- Lδd, Lδq là các thành phầ đ ệ
n i n cảm stator trên trục d, q (thường Lδd = Lδq).
- Lmd, Lmq là các thành phầ đ ệ
n i n cảm từ hóa trên trục d, q. Vì khe hở không khí
không đều nên hai giá trị đ ệ
i n cảm này khác nhau, cụ thể Lmq>Lmd dẫn n
đế
Lq> Ld. Nhưng có mộ đ ể đ
t i m áng chú ý là do tốc độ quay ng b
đồ ộ của rotor
với từ trường quay nên Lmd, Lmq không đổi khi động c nh c
ơ làm việ ổ
c n đị ũng
như quá độ. Đ ề
i u này khác với hai giá trị đ ệ
i n cảm Lmα, Lmβ.
Thế phương trình (2-17) vào phương trình momen ở hệ (2-16) ta được:
( )
q
d
d
q
q
f
p
e i
i
L
L
i
p
T )
(
2
3
−
−
= ψ (2-18)
Phương trình (2-18) cho ta nhận xét rằng momen động cơ IPM gồm có hai
thành phần, một thành phần do tương tác giữa từ thông Ψf vớ đ ệ
i dòng i n stator sinh
ra gọi là thành phầ ơ
n momen c bả ầ ứ ự ệ
n, thành ph n th hai là do s chênh l ch giá trị
đ ệ ả ụ ọ ừ ở ầ ứ
i n c m hai tr c d-q sinh ra g i là momen t tr . Vì có thành ph n th hai mà
momen động cơ IPM lớn hơn động cơ nam châm vĩ ử ố
nh c u SPM cùng kh i lượng.
Hay nói cách khác thành phầ ứ ấ ệ ở ơ ộ
n th hai không xu t hi n động c đồng b nam
châm vĩnh cửu SPM.
b. Sơ đồ thay thế động c ơ ệ
IPM trong h d-q
Từ các phương trình điện áp usd, usq ở hệ phương trình mô tả ọ
toán h c (2-16)
trên ta có sơ đồ thay thế ơ ộ
động c đồng b nam châm vĩnh c u c
ử ực chìm trong hệ ọ
t a
độ quay đồng bộ ư
nh sau:

33. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
18
(a)
(b)
Hình 2.3-1: Sơ đồ thay thế động cơ IPM trong hệ ọ
t a độ quay đồng bộ.
Ở sơ đồ thay thế trên, mạ đ ệ
ch i n áp Ud có thêm dòng đ ệ
i n If là dòng đ ệ
i n hư
c i
ấu, có giá trị tương đương với dòng đ ện gây ra từ trường nam châm vĩnh cửu, tính
bởi: Ψf =LmdIf. [4]
2.4. Đặc tính các vùng đ ề
i u chỉnh
Khi đi sâu vào phân tích đặc tính các vùng đ ề
i u chỉnh tốc độ củ ơ
a động c , ta
thấy động cơ chia làm 3 vùng làm việc theo sự tăng dần của tốc độ:
Hình 2.4-1: Các chế độ làm việc củ ơ
a động c .

34. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
19
2.4.1. Vùng momen không đổi
Vùng momen không đổi hay còn gọi là vùng tố ơ
c độ c bả ố
n là vùng mà t c độ
động cơ nằ ả ừ ố
m trong kho ng t 0 đến t c độ cơ bả ω
n b hay tốc độ định mức. Trong
vùng này, muốn tăng tốc độ động cơ ω, ta đ ề
i u chỉnh giữ nguyên dòng đ ệ
i n stator is
tại giá trị lớ ấ
n nh t imax, đ ề
i u chỉnh đ ệ
i n áp Us tă ừ ớ
ng t 0 t i Usmax. Khi đó công suất
động cơ tă ừ ớ
ng t 0 t i Pmax và momen động cơ được giữ nguyên tại giá trị Tmax.
Trong vùng này, ta vẫn quen thuộc với phương pháp đ ề
i u khiển vector động cơ
đồng bộ nam châm vĩ ử đ ể đ đ ề ỉ ầ
nh c u kinh i n ó là i u ch nh thành ph n id = 0. Khi ấy
momen đ ệ
i n từ chỉ tỷ lệ với thành phần dòng đ ệ
i n iq. Phương pháp này có ư đ ể
u i m
là đơn giản, dễ thực hiện, khả năng đáp ứng tốt.
Tuy nhiên nếu sử dụ ẽ ậ ụ
ng phương pháp này s không t n d ng được tính chất
không đẳng trị về đ ệ ả ụ ọ ụ ủ ơ ế
i n c m ngang tr c và d c tr c c a động c , khi n momen sinh
ra bị triệt tiêu mất thành phầ ứ
n th hai (momen từ ở
tr ) do id = 0 trong phương trình
(2-18), vì vậy momen sinh ra không được tố ư
i u.
2.4.2. Vùng công suất không đổi
Vùng công suất không đổi, hay còn gọi là vùng giảm từ thông hoặc vùng tốc
độ trên cơ bả ố ơ
n là vùng t c độ động c nằ ả ố
m trong d i t c độ từ tốc độ cơ bả ω
n b tới
tốc độ tớ ạ ω
i h n c. Khi động cơ đang hoạ ở
t động chế độ định mức (tốc độ cơ bản
ωb), lúc này, muốn tăng tiếp tốc độ động cơ, ta bắt buộc phải làm cho một tham số
nào đó thay đổi để phù hợp với sự thay đổi của tốc độ.
Khi xem xét tất cả các tham số tạ đ ể ệ ứ đ ệ
i i m làm vi c định m c thì i n áp và công
suất không thể tă ế ụ ộ ộ ế ấ ơ
ng ti p được vì u ph thu c vào b bi n đổi và công su t động c
đã đạ đế
t n giá trị ớ
t i hạn. Như ậ
v y mu p t
ốn tăng tiế ốc độ, ta dùng biện pháp giảm từ
thông ψ, cũng có nghĩa là giảm momen.
2.4.3. Vùng tích công suất và tốc độ không đổi
Vùng tích công suất và tốc độ không đổi hay còn gọi là vùng tốc độ siêu cao,
tốc độ tăng từ tốc độ giới hạn ωc t l
ới tốc độ ớn nhất ωm.
Vùng này là vùng rất khó đ ề
i u chỉnh bởi khi t ti
ốc độ ếp tục tăng, ta phả đ ề
i i u
chỉnh sao cho đ ệ
i n áp đầu ra bộ biến n
đổi giữ nguyên ở giá trị định mức, dòng đ ệ
i

35. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
20
và công suất lúc này phả đ ề
i i u chỉnh giảm tỷ lệ ị ớ ố ừ
ngh ch v i t c độ, còn t thông và
momen ph l v
ải đ ề
i u chỉnh sao cho giảm tỷ ệ ới nghịch đảo bình phương của tốc độ.
2.5. Các phương pháp đ ề
i u khiển động cơ IPM
Mục này sẽ trình bầ đ ề ể ơ ệ ự
y các phương pháp i u khi n động c IPM hi n có và l a
chọn phương pháp điều khiển hợp lý nhất cho động cơ nam châm vĩnh cửu cực
chìm.
Đối vớ ơ ệ đ ề ể ủ ế
i động c IPM hi n nay có hai phương pháp i u khi n ch y u là:
- i
Đ ều khiển tựa từ thông rotor FOC
- i
Đ ều khiển trực tiếp momen DTC
2.5.1. i
Đ ều khiển vector định hướng theo từ thông rotor FOC
Phương pháp đ ề
i u khiển vector định hướng từ thông rotor được đưa ra lần đầu
tiên vào năm 1970 và phương pháp này có thể chứng minh động cơ đồng bộ nam
châm vĩnh cửu có thể đ ề
được i u khi ng nh
ển giố ư đ ề
i u khiển động cơ ộ
m t chiều kích
từ độc lập bởi sự định hướng của vector từ thông hoặc dòng đ ệ
i n stator theo từ
thông rotor để đạt được yêu cầu đề ra.
N i
ội dung của phương pháp đ ều khiển tựa theo vector từ thông rotor là dựa
trên cơ sở đ ề ể ầ đ ệ ả
i u khi n toàn ph n vector dòng i n c về ạ
biên độ và góc pha, giúp t o
được hệ ố đ ề ể ừ ả ầ ả ế ừ
th ng i u khi n t thông hoàn h o mà không c n c m bi n t thông.
a. Ưu đ ể
i m
- i
Kiểm soát được các tham số dòng đ ện trong mạch.
- Mô hình rất nhạy với biến thiên thông số động cơ
- Hoạ ố ở ố ấ ả ă đ ề ỉ ố ố
t động t t vùng t c độ th p, kh n ng i u ch nh sâu t c độ t t.
- Phản hồi momen tốt, cấu trúc mô hình khá đơn giản
b. Nhược đ ể
i m
- Nhiều khối tính toán, khiến vi xử lý phả ử ề đ ạ
i x lý nhi u công o n nên tác động
đ ề ỉ ậ
i u ch nh ch m
- Độ nhấp nhô momen lớn

36. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
21
2.5.2. i
Đ ều khiển trực tiếp momen DTC
Phương pháp đ ề
i u khiển trực tiếp momen DTC được trình bầy lần đầu tiên vào
n i
ăm 1980 đ ều khiển momen và từ thông của động cơ không đồng bộ. Vào năm
1990, nó được phát triển cho động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu.
Động
cơ
Inverter
Bảng
chọn
vector
đ ệ
i n áp
*
M
*
s
Ψ
αβ
abc
s
i α s
i β
Tính s s
u u
α β
sβ
Ψ
DC
U
s
u α
s
u β
s
α
Ψ
s
α
Ψ
sα
Ψ
s
Ψ
Góc
stator
Tính toán momen
Tính toán biên độ và
góc quay từ thông
-
-
M
Hình 2.5-1: Sơ đồ phương pháp đ ề
i u khiển DTC.
Nguyên lý của phương pháp đ ề
i u khiển trực tiếp momen là chọn trực tiếp
vector đ ệ
i n áp theo sự khác nhau giữa giá trị đặt và giá trị thực của momen và từ
thông rò. Sai lệch momen và từ thông được so sánh với một khâu tạo trễ, tạo ra tín
hi u
ệ đ ề
i u khiển bộ phát xung vào van công suất.
a. Ưu đ ể
i m
- Không cần thực hiệ ụ ọ đ ề ể
n phép quay tr c t a độ độ
, chính xác i u khi n là tùy ý
phụ thuộc vào khả năng đóng cắt của biến tần.
- Không cần đo vị trí của rotor, mô hình đơn giản nên đáp ứng momen nhanh.
- i
Ảnh hưởng của thông số động cơ ít trừ đ ện trở stator, sự ảnh hưởng này có
thể bù được.
b. Nhược đ ể
i m
- Xuất hiệ ệ ố ổ
n xung momen nên h th ng khó n định ở ố ấ
t c độ th p.

37. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
22
- Khả năng ổn định kém.
- i
Không kiểm soát được mạch vòng dòng đ ện.
2.5.3. L i
ựa chọn phương án đ ều khiển
Theo những phân tích ở trên thì động c u r
ơ đồng bộ IPM có yêu cầ ất cao về
đ ề ỉ ố ả ố đ ề ả
i u ch nh t c độ trên c 3 vùng. Mu n làm được i u này ta ph i có phương pháp
đ ề ể ố ư ể ể
i u khi n t i u có th ki m soát được toàn bộ các mạ đ ệ ạ
ch vòng dòng i n và m ch
vòng tốc độ, tạ đ ứ
o áp ng nhanh khi có bất kỳ sự thay đổi nào.
Trong 3 phương pháp đ ề
i u khiể ơ ộ ơ
n động c đồng b , để động c hoạt động tố ở
t
c i
ả 3 vùng, phương án đ ều chỉnh vector định hướng từ thông rotor là có ưu thế hơn
cả. Mặt khác, với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày nay, các lĩnh vực đ ệ
i n
tử công suấ ử ả ế đ ứ ố
t và vi x lý ngày càng được c i ti n áp ng t t các yêu cầ đ ề
u i u khiển,
đ ề ỉ ơ
i u ch nh động c .
B i
ởi vậy, xu hướng đ ều khiển vector ngày càng phổ biến. Kích thước các bộ
biến tần gọn nhẹ, chất lượng đ ề
i u khiển tốt. Với những lý do đó, phương án lựa
chọn để i
đ ề ể ơ ộ đ ề ể
u khi n động c đồng b IPM là phương án i u khi n vector (FOC).
Động cơ đ ề ể ọ
IPM được i u khi n theo phương pháp FOC hay còn g i là phương
pháp tựa từ thông rotor FOC (Rotor Flux Orient Control) lại chia thành hai hướng
đ ề ể
i u khi n chính:
- H i
ướng đ ều khiển FOC thông thường dùng cảm biến tốc độ.
- H i
ướng đ ều khiển nâng cao FOC không dùng cảm biến tốc độ mà dùng bộ
ướ ượ
c l ng tốc độ góc và vị trí rotor.
Phương pháp dùng bộ ước lượng vị trí và tốc độ góc lại có nhiều hướng giải
quyết khác nhau.
Sơ đồ khối hai phương pháp này được đưa ra chi tiết như sau:

38. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
23
*
abc
V
abc
i
d
i
*
d
i
q
i
*
q
i
id
R
iq
R
*
d
V
*
q
V
Rϖ
d
i
*
ϖ
ϖ
θ
θ
Hình 2.5-2: Sơ ố
đồ kh i phương pháp đ ề
i u khiển FOC thông thường.
- i
Phương pháp đ ều khiển FOC thông thường, cảm biến được sử dụng để cho
biết vị trí và tốc độ quay của rotor. Cảm biến sử ụ
d ng ở đây thường là encoder
hoặc Resolver.
- i
Phương pháp đ ều khiển FOC không dùng cảm biến: Vị trí rotor được ước
lượng bằng các thuật toán như: dùng bộ lọ ặ
c Kalman ho c khâu quan sát theo
chuẩn Luenberger.
C i
ả hai hướng đ ều khiển trên đều có chung các có chung mô hình mô tả các
khâu chỉ khác khâu ước lượng tốc độ và vị trí củ ơ
a động c . Do vậy, bước tiếp theo
ta sẽ đi mô tả toán học các khâu trong sơ đ ề
đồ i u khiển và đưa ra đánh giá phương
pháp nào đ ề
i u khiển tốt hơn khi mô phỏng trên cả 3 vùng cầ đ ề
n i u khiển.
Do thời gian có hạ ể đ ề ể ơ
n nên em tri n khai i u khi n động c IPM theo phương án
đ ề ể
i u khi n dùng phươ ườ
ng pháp FOC thông th ng.

39. Chương 2: Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực chìm (IPM motor)
24

40. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
24
CHƯƠNG 3
CÁC BỘ BIẾN ĐỔI CHO ĐỘNG CƠ IPM
Động cơ đ ệ ấ ồ ở ộ ế ế ị đ ệ
i n đượ đượ
c c c p ngu n b i b bi n đổi, là thi t b thay đổi i n áp
m i
ột chiều (của ắc quy) thành đ ện áp xoay chiều có đ ề
i u khiể ả
n, đảm b o các chế độ
ho n
ạt động của ô tô đ ệ
i n. Mạch lực bao gồm các thiết bị bán dẫ đã mang đến sự
phát triển mạnh mẽ trong vòng ba thập kỷ vừa qua. Các thiế ị ấ ớ
t b công su t l n được
tích hợp sẵn các thành phầ đ ề
n i u khiển ngày nay cho phép các nhà chế tạ ể
o có th
t i
ạo ra các bộ đ ều khiển linh hoạt, giảm trọng lượng và nâng cao mức độ hiệu quả.
Sự phát triển của vi xử lý tín hiệu số cho phép thực hiệ ậ đ ề ể ứ
n các lu t i u khi n ph c
tạp với độ chính xác cao.
3.1. Các bộ nghị ch lưu
3.1.1. Phân loại nghịch lưu
a. Nghịch lưu nguồn dòng
Dạng cơ bả ủ ị ư ồ ể ệ
n c a ngh ch l u ngu n dòng ba pha được th hi n trên hình 3.1-1
(a). Trên sơ đồ các Thyristor từ V1 đến V6 i
được đ ều khiển để dẫn dòng trong
khoảng 120o
, mỗi van cách nhau 60o
nh trên hình 3.1-1.(b). Các t
ư ụ C1, C2, C3 mắc
song song với phụ ả đ
t i óng vai trò là các tụ ể ạ
chuy n m ch.
Về nguyên lý hoạt động và các tham số cơ bản của sơ ũ ố ư ở
đồ c ng gi ng nh sơ
đồ cầ ộ ầ ơ ả ị ư ấ ả
u m t pha. Yêu c u c b n trong ngh ch l u dòng song song là công su t ph n
kháng của tụ phải bù hết công suất ph t ph
ản kháng của tải và dôi mộ ần để tạo góc
trượt trước giữ đ
a dòng i i
ện và đ ện áp.

41. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
25
60o
120o
180o
240o
300o
360o
θ
θ
θ
θ
θ
θ
Hình 3.1-1: Nghịch lưu nguồn dòng ba pha.
(a) Sơ đồ nguyên lý; (b) Dạng tín hiệ đ ề
u i u khiển.
Để có thể ệ ả ầ ố
làm vi c được trong d i t n s rộ ơ ũ ạ ơ
ng s đồ ba pha c ng có d ng s đồ
có diode cách ly như được thể ệ
hi n trên hình 3.1-2.
L
C1
V1
V4 V6
V3
Zt
E
Id
C2
V2
V5
C3
A
B
C
C6
C4 C5
D1 D3 D5
D4 D6 D2
Hình 3.1-2 Nghịch lưu nguồn dòng ba pha, có diode cách ly.

42. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
26
Ư đ ể ơ
u i m c bả ủ ị ư ả
n c a ngh ch l u dòng song song là có kh năng trao đổi công
suất phản kháng với nguồn lưới xoay chiều nếu như ộ
đầu vào m t chiề ộ ỉ
u là m t ch nh
l i i
ưu có đ ều kiển với mạch dòng đ ện. Do đó các sơ đồ này có nhiều ứng dụng trong
các hệ th t l i t
ống truyền động không đồng bộ, công suấ ớn, làm việc vớ ải có quán
tính lớn. Trong các tải có quán tính lớn thì khả ă ấ ớ ớ
n ng trao đổi công su t v i lu i theo
cả hai chiều có ý nghĩa rất quan trọng.
b. ng
Nghịch lưu cộng hưở
Nghịch lưu cộng hưởng là các bộ biến đổi đặc biệt, thường dùng Thyristor.
Đặc đ ể ơ
i m c bả ủ ị ư ộ ụ
n c a ngh ch l u c ng hưởng là có ph tả ộ
i là m t mạch vòng dao
động với dòng hoặ ạ đ
c áp có d ng hình sin, do ó các Thyristor trên sơ đồ sẽ ể
chuy n
m i i
ạch tự nhiên. Nghịch lưu cộng hưởng thường được dùng để tạo dòng đ ện, đ ệp áp
gần sin với tần số tương đối cao (từ ă ị ư ộ
vài tr m Hz đến 30kHz). Ngh ch l u c ng
hưởng có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực gia nhiệt cảm ứng, nấu luyện thép cảm
ứ đ đ ệ ả ứ ậ
ng, trong ó dòng i n c m ng trong các v t liệ ắ ừ ấ ă
u s t t cung c p n ng lượng làm
tăng nhiệt độ củ ậ ầ ự ế ữ ồ ệ ớ ậ ị
a v t, không c n đến s ti p xúc gi a ngu n nhi t v i v t b nung
nóng. Nghịch lưu c ng h
ộ ưởng chính là nguồn c p n
ấ ăng l ng v
ượ ới hiệu suất cao
trong các thiết bị tôi cao tần, lò nấu thép cả ứ
m ng,… Nghịch lưu cộng hưởng cũng
được dùng trong các thiết bị quấy thép đang nóng chảy.
Quá trình đ ệ
i n từ trong nghịch lư ộ ứ ạ ố
u c ng hưởng khá ph c t p vì thông s của
phụ tải thay đổi trong mộ ạ ộ
t ph m vi r ng.
c. Nghị ư ồ
ch l u ngu n áp
Nguồn áp lý tưởng là một nguồn đ ệ
i n với nội trở bằ ư
ng không. Nh vậ ạ
y d ng
đ ệ ụ
i n áp ra là không đổi, không ph thuộc vào giá trị cũ ư ấ ủ
ng nh tính ch t c a phụ tải.
Dòng đ ệ
i n ra sẽ ụ ộ ụ
ph thu c ph tả ồ ẽ ệ ở ế ả
i. Ngu n áp s làm vi c được ch độ không t i
nhưng không thể làm việc được ở chế độ ngắn mạch vì khi đó, về nguyên tắc, dòng
đ ệ ể
i n có th lớ ự ế ồ ạ ằ ắ ở
n đến vô cùng. Trong th c t ngu n áp được t o ra b ng cách m c
đầu ra mộ ồ ộ ề
t ngu n m t chi u một tụ đ ệ
i n có giá trị ớ
đủ l n.

43. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
27
Hình 3.1-3: Sơ đồ nghịch lưu nguồn áp ba pha.
Nếu như nghịch lưu nguồn dòng đều sử dụng Thyristor thì nghịch lưu dộc lập
nguồn áp lại phải sử dụ ẫ đ ề ể
ng các van bán d n i u khi n hoàn toàn như IGBT, GTO,
MOSFET hoặc BJT. Trước đây người ta cũng dùng Thyristor trong các nghịch lưu
nguồn áp, nhưng phải có các hệ thố ể ạ ứ ấ ứ ạ
ng chuy n m ch cưỡng b c r t ph c t p. Ngày
nay do công nghệ chế tạ ầ ử đ ỉ ấ ề ầ ư ỉ
o các ph n t ã hoàn ch nh r t nhi u nên h u nh ch còn
các van bán dẫ đ ề
n i u khiển hoàn toàn được sử ụ
d ng trong các nghịch lưu nguồn áp.
Sơ đồ mộ ị ư ể ễ ấ ạ ừ
t ngh ch l u áp ba pha được bi u di n trên Hình 3.1-3, c u t o t ba
sơ đồ nửa cầu, tạo nên ba pha đầu ra. Sơ đồ gồm 6 van đ ề
i u khiển hoàn toàn V1, V2,
…, V6 và diode ngược D1, D2, …, D6. Các diode ngược giúp cho quá trình trao đổi
công suất phản kháng giữa tải với nguồn. Đầu vào một chiề ộ ồ ớ
u là m t ngu n áp v i
đặ đủ
c trư ụ ị
ng có t C, giá tr lớ ụ
n. Ph tải ba pha đối xứng ZA=ZB=ZC có thể đấu sao
(Y) hoặc tam giác (∆).
Đối vớ ị ư ệ đ ề ể ơ
i ngh ch l u áp ba pha hi n nay có hai phương pháp i u khi n c bản
để tạ ộ ệ
o ra m t h thố đ ệ ả đ
ng i n áp ba trên t i, ó là:
- i
Phương pháp đ ều biến rộng xung (Pulses Width Modulation - PWM).
- i
Phương pháp đ ều biến vector không gian (Space Vector Modulation - SVM).
3.2. Các phương pháp đ ề
i u biến
3.2.1. Phương pháp đ ề
i u biến PWM sóng hình sin
Ngày nay nghịch lư ủ
u áp ba pha thường được dùng ch yế ớ ế đ ệ ề
u v i bi n i u b
r i
ộng xung, đảm bảo đ ện áp ra có dạ đ ệ ạ ụ
ng hình sin. Để i n áp ra có d ng không ph

44. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
28
thuộc phụ tả ế đ ệ ề
i ngườ ườ
i ta th ng dùng bi n i u b rộ ự ư
ng xung hai c c tính, nh vậy
mỗi pha của sơ đồ ba pha có thể đ ề ể ớ ặ ỗ
được i u khi n v i nhau. C p van trong m i pha
được đ ề ể ụ ở
i u khi n ngược nhau, ví d pha A, khi V1 i
được đ ều khiển mở thì V4 khoá
và ngược lại.
C i
ấu trúc mạch đ ều khiển PWM nghịch lưu áp ba cho trên Hình 3.2-1, trong
đ ệ ẩ ệ ă ư ớ ạ
ó tín hi u sin chu n và tín hi u r ng c a so sánh v i nhau qua m ch so sánh có
ngưỡng để tă ả
ng kh nă ố ễ ủ ơ ấ đ ề ể
ng ch ng nhi u c a s đồ. Theo c u trúc i u khi n Hình
3.2-1, b ng dòng
ỏ qua ảnh hưởng của phần tạo trễ chố đâm xuyên, dạng tín hiệ đ ề
u i u
khiển và đ ệ
i n áp ra cho trên đồ thị hình 3.2-2.
Trên Hình 3.2-2 chỉ thể hiện tín hiệ đ ề
u i u khiển cho ba van V1, V3, V5, nối lên
thanh dẫn (+) của nguồn một chiề ơ
u đầu vào trong s đồ Hình 3.1-3. Các van nối
xuống thanh dẫ đ ề ể ạ ư ạ ủ ệ đ ề ể
n (-) được i u khi n ngược l i. L u ý d ng c a tín hi u i u khi n
trong mỗi chu kỳ xung răng cưa Ts có dạ ứ ỗ ử ỳ
ng đối x ng theo m i n a chu k Ts/2. Lý
do là vì ở ỳ
đầu chu k và giữa chu kỳ, tín hiệu r ng c
ă ưa có biên độ lớ ấ
n nh t nên
không thể ắ
c t một đ ệ
i n áp sin chuẩn nào.
Hình 3.2-1: Sơ ấ
đồ c u trúc mạ đ ề
ch i u khi PWM
ển nghịch lưu áp ba pha đ ề
i u chế
sóng hình sin.

45. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
29
Hình 3.2-2: Dạng tín hi u khi
ệ đ ề
u i ển và dạ đ ệ
ng i n áp ra PWM.
Trong mỗi nửa chu kỳ Ts/2 đều có bốn khoảng thời gian đặc trưng: t0, t1, t2, t3.
Trong khoảng t0 cả ba van V1, V3, V5 đề đầ
u dẫ ả
n, hay nói cách khác là t i ba pha u ra
bị nố ắ ạ
i ng n m ch lên thanh dẫ ủ ồ ộ ề Đ ệ ả ở
n (+) c a ngu n m t chi u E. i n áp ra t i cả ba
pha đều bằng không. Trong khoảng t3 cả ba van V2, V4, V6 đều dẫn, nói cách khác
là tải ba pha đầu ra bị nố ắ ạ ố
i ng n m ch xu ng thanh dẫ ủ
n (-) c a nguồn một chiều E.
Đ ệ ả ở ả ũ ằ
i n áp ra t i c ba pha c ng đều b ng không.

46. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
30
Quá trình đ ề
i u chế chỉ diễn ra trong khoảng t1 và t2. Trong các khoảng t1, t2 có
thể xác định được dạng đ ệ
i n áp ra nhờ các sơ đồ tương đương. Ví dụ ị
, trên đồ th
3.2-2, trong khoảng t1, V1, V5 và V6 dẫ ố
n. Pha A, pha C n i lên thanh dẫn (+), pha B
nối xuố ẫ ủ ồ đ
ng thanh d n (-) c a ngu n E, do ó uA=uC=1/3E, uB=-2/3E. Từ đó có dạng
đ ệ
i n áp ra uA, uB nh bi
ư ểu diễn trên đồ thị hình 3.2-2.
C i i
ấu trúc đ ều khiển như trên hình 3.2-1 cho dạng đ ện áp ra không phụ thuộc
tải và tính chất của tải, tức là phương pháp PWM đảm bảo nghịch lưu ba pha là
nghịch lưu áp.
Tính chất thứ hai quan trọng nữa là mẫ đ ề ể ứ
u xung i u khi n có tính đối x ng
trong mỗi nửa chu kỳ xung r ng c
ă ưa Ts và có tính tố ư ề
i u v số lầ ể ạ
n chuy n m ch ít
nhất. Có thể nhận thấy sơ đồ chuyển mạch diễn ra theo trình tự t0->t1->t2->t3->t3-
>t2->t1->t0, mỗi lần chỉ có mộ ặ ộ ả ể ạ
t c p van trong m t pha ph i chuy n m ch.
V i
ấn đề khó khăn nhất trong thực hiện biến đ ệu bề rộng xung ba pha là phải có
ba sóng sin chủ đạo có biên độ chính xác bằng nhau và lệch pha nhau chính xác
120o
trong toàn bộ dả đ ề ỉ Đ ề ấ ả ằ
i i u ch nh. i u này r t khó đảm b o b ng các mạch tương
tự. Hiện nay, với sự phát triển của công nghệ kỹ ậ ố ọ
thu t s , các nhà khoa h c đã chế
t i
ạo các hệ thống đ ều khiển PWM bởi mạch số vớ ộ ộ
i m t b vi xử lý đặc biệ ờ đ
t. Nh ó
d i
ạng xung đ ều khiển ra sẽ tuyệt đối đối xứng và khoảng dẫn của mỗi van sẽ được
xác định chính xác, kể cả ờ ễ ữ ộ
th i gian tr gi a các van trong cùng m t pha để tránh
dòng đâm xuyên giữa hai van.
Gọi mf là tỷ số đ ề ế
i u ch tầ ố
n s , ta có: arrier
ref
c
f
f
m
f
= với fcarrier là tần số sóng
mang, fref là tần s n c
ố sóng hình sin. Việc tăng giá trị ủa mf s d
ẽ ẫ ớ ă ị ầ
n t i t ng giá tr t n
s i
ố các sóng hài xuất hiện. đ ểm bất lợi của việ ă ầ ố ấ ổ
c t ng t n s sóng mang là v n đề t n
hao do đóng cắt lớn.
Gọi ma là tỷ số đ ề ế
i u ch biên độ, ta có: _ref
_ arrier
m
a
m c
U
m
U
= trong đó Um_ref là biên độ
của sóng sin chuẩn, và Um_carrier là biên độ sóng mang. Trong trường hợp khi ma≤1

47. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
31
thì biên độ thành phần c n áp u ra và
ơ ả
b n củ đ ệ
a i đầ đ ệ
i n áp đ ề
i u khiển là tuyến tính,
tức là: Utm=ma.U/2.
Tuy nhiên khi ma≥ ệ đ ề ế
1thì biên độ tín hi u i u ch lớ ơ
n h n biên độ sóng mang,
biên độ hài cơ bả đ ệ ă ế
n i n áp ra t ng không tuy n tính theo ma và sóng hài bậc cao
xu ng.
ất hiện tăng dần, trường hợp này gọi là quá đ ề
i u chế hay đ ề
i u chế mở rộ
Chỉ s l
ố ớn nhất có thể đạt được của phương pháp này trong vùng tuyến tính là:
mmax =
U
2
2
U
π
= π/4 = 0,785. Việc thực hiệ đ
n ánh giá chất lượng sóng hài xuất hiện
trong đ ệ
i n áp tải có thể được thực hiện bằng phân tích chuỗi Fourier.
Để cả ệ ả ế ở ộ ủ đ ề ế
i thi n d i tuy n tính, m r ng c a i u ch PWM sóng hình sin người ta
có thể sử dụng phương pháp đ ề
i u chế độ rộ ả ế
ng xung c i bi n, phương pháp này cho
phép thực hiệ đ ề
n i u khiển tuyến tính đi i
ện áp tải với chỉ số đ ều chế nằm trong phạm
vi 0<m<0,907 bằng cách đưa thêm thành phầ ậ ầ ứ
n sóng b c 3 (thành ph n th tự
không). Tuy nhiên để có th a thành ph
ể đư ần sóng cùng pha và có tần số bằ ầ
ng 2 l n
sóng cơ ả
b n khá khó khăn.
Hình 3.2-3: Quan hệ giữ đ ệ
a i n áp đầu ra và đ ệ
i n áp sóng chuẩn khi cải biến.

48. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
32
3.2.2. Nghịch lưu ba pha sử dụng phương pháp đ ề
i u chế SVM
Đ ề ế
i u ch vector không gian (Space Vector Modulation – SVM) là phương
pháp bi dàng th
ế đ ệ
n i u hoàn toàn dùng kỹ thuật số, đảm bả ễ
o độ chính xác cao, d ực
hi n
ện trên các bộ vi xử lý hiệ đại. Phương pháp này đang ngày càng được ứng dụng
rộng rãi hơn
a. Khái niệm về vector không gian
Trước hết ta cần đưa các khái niệm về vector không gian. Một hệ thố đ ệ
ng i n
áp, dòng đ ệ
i n ba pha bất kỳ có thể bi n nh
ểu diễ ư mộ ồ ầ
t vector g m ba thành ph n:
u= u
( A, uB, uC) hoặc i=(iA, iB, iC). Cách biể ễ ậ ệ ỗ
u di n này không thu n ti n vì m i vector
được biể ễ ở ạ ầ ộ ệ ạ ồ ụ ơ
u di n b i ba to độ, hay nói cách khác ta c n m t h to độ g m ba tr c c
bản để mô tả các vector. Park đã đưa ra phép biến đổi, gọi là phép biến đổi Park,
cho phép biế ệ
n đổi h toạ độ ba trục bất kỳ về hệ ạ ụ ậ ệ ệ
to độ hai tr c, thu n ti n cho vi c
biểu diễn các vector theo cách con người có thể ậ ộ
nhìn nh n được m t cách thông
thường. Theo phép biến đổi Park, một hệ thống ba pha bất kỳ, đ ệ
i n áp hay dòng
đ ệ ể ễ ộ
i n, bi u di n qua m t vector trên mặ ẳ ạ
t ph ng to độ 0αβ như sau:
( )
2
2
u
3 A B C
u au a u
= + + , (3-1)
trong đó:
2
3
1 3
2 2
j
a e j
π
= = − + ; :
j đơn vị số phức ảo (j2
= -1).
Nếu uA, uB, uC là một hệ thố đ ệ
ng i n áp ba pha sao cho:
( )
cos t
2
cos t-
3
2
cos t+
3
m
A
m
B
m
C
u U
u U
u U
ω
π
ω
π
ω
⎧
⎪ =
⎪
⎪ ⎛ ⎞
=
⎨ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
⎪
⎪ ⎛ ⎞
=
⎪ ⎜ ⎟
⎝ ⎠
⎩
(3-2)
thì ( )
u j t
m
U e
ω
= . (3-3)
Đ ề ĩ
i u này ngh a là trên mặt phẳng toạ độ 0
α
β u là một vector có độ dài bằng
biên độ c v
ủa các đ ệ
i n áp pha, quay quanh gốc toạ độ ới tốc độ góc bằng ω .
Vector dòng đ ệ
i n cũng được xác định tương tự.

49. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
33
b. Trạng thái của van và các vector biên chuẩn
Trong sơ đồ nghịch lưu áp ba pha, như trên hình 3.1-3, các van đ ề
i u khiển
phải tuân theo những quy luật nhất định, đó là không được ngắn mạch nguồn một
chiều đầu vào, không được hở mạ ấ ứ ở
ch b t c pha nào đầu ra. Không được ngắn
mạch nguồn một chiề ẽ ớ ỷ đ ề
u đầu vào vì s sinh ra dòng l n, phá hu van. Khi van i u
khiển không nối một pha đầu ra nào đó vớ ẫ ặ ủ ồ ộ
i thanh d n (+) ho c (-) c a ngu n m t
chiều, dòng có thể vẫ ả ạ ẫ đ ệ ụ ộ
n ph i ch y qua các diode, d n đến i n áp ra ph thu c vào
tải, nghịch lưu không còn là nghịch lưu áp như mong muốn.Do những quy luật trên
chỉ có 8 trạ ư ể ễ ả đ
ng thái van được phép, nh được bi u di n trong b ng dưới ây.
Bảng 3-1: Bảng trạng thái van
STT Van dẫn uA uB uC u
0 V1, V3, V5 0 0 0 0
1 V5, V6, V1
1
E
3
2
E
3
−
1
E
3
j
3
2
Ee
3
π
−
2 V6, V1, V2
2
E
3
1
E
3
−
1
E
3
− j0
2
Ee
3
−
3 V1, V2, V3
1
E
3
1
E
3
2
E
3
−
j
3
2
Ee
3
π
4 V2, V3, V4
1
E
3
−
2
E
3
1
E
3
−
2
j
3
2
Ee
3
π
5 V3, V4, V5
2
E
3
−
1
E
3
1
E
3
j
2
Ee
3
− π
6 V4, V5, V6
1
E
3
−
1
E
3
−
2
E
3
2
j
3
2
Ee
3
π
−
7 V2, V4, V6 0 0 0 0
Với mỗi trạng thái van các đ ệ
i n áp pha có giá trị tương ứng. Tính toán vector
không gian u, có thể thấy r 1
ằng các trạng thái van từ đến 6 ứng với sáu vector, lệch
nhau một góc 60º, được biể ễ ặ
u di n trên m t phẳng 0αβ , như trên hình 3.2-4. Các

50. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
34
vector, gọi là vector biên chuẩn, tạo nên đỉnh của một lục giác đều, chia mặt phẳng
thành sáu góc bằng nhau, gọi là các sector, được đánh số ừ
t I đến VI.
• Tổng hợp vector không gian từ các vector biên
Một vector không gian bất kỳ, giả sử nằ ộ ầ đ
m trong m t góc ph n sáu nào ó, có
thể được tổng hợp từ hai vector biên. Trên hình 3.2-4, giả sử vector không gian u
nằm trong góc phần sáu II, có thể được tổng hợp từ hai vector biên u2, u 3 theo biểu
thức (3-4): p t
u=u +u , (3-4)
Trong đó up, ut, gọi là vector phải và vector trái, là hai vector nằm dọc theo hai
vector biên u2, u3. Về hình học, có thể ả ư
tính độ dài các vector ph i, trái nh sau:
p
t
2
u u sin ;
3
3
2
u u sin .
3
π
θ
θ
⎛ ⎞
= −
⎜ ⎟
⎝ ⎠
=
(3-5)
θ là góc chỉ ra vị trí tương đối của vector u trong góc phần sáu, tính theo
chiều ngược kim đồng hồ.
Hình 3.2-4 Vector không gian và các vector biên chuẩn.
Thực ra, phép điều chế vector không gian tạo ra các vector up, ut trong mỗi
chu kỳ tính toán, hay còn gọi là mỗi chu kỳ ắ
c t mẫu Ts, như là giá trị trung bình theo
thời gian tồn tại của các vector u2, u3 như sau:
p 2 t 3
u u ; u u .
p t
s s
t t
T T
= = (3-6)

51. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
35
Nếu coi độ dài của các vector biên chuẩ ị
n là giá tr củ đ ệ
a i n áp đầu vào
2
3
i
U E
= , còn độ dài của vector u là vector ra mong muốn u o
U
= , từ (3-5), (3-6)
suy ra biểu thức tính toán các giá trị thời gian đ ề
i u chế như (3-7).
2 2
sin ; sin .
3
3 3
o o
p s t s
i i
U U
t T t T
U U
π
θ θ
⎛ ⎞
= − =
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(3-7)
Gọi o
i
U
q
U
= là hệ số ế đ ệ
bi n i u, 0 1
q
≤ ≤ , có thể viết lại biểu thức tính toán thời
gian như sau:
2 2
sin ; sin .
3
3 3
p s t s
t T q t T q
π
θ θ
⎛ ⎞
= − =
⎜ ⎟
⎝ ⎠
(3-8)
Để phép biế đ ệ ự ệ ờ ả ả ả đ ề
n i u th c hi n được, các th i gian ph i, trái ph i tho mãn i u
kiện: p t s
t t T
+ ≤ . (3-9)
Khoảng thời gian còn lại trong chu kỳ cắ ẫ
t m u, t0=Ts-(tp+tt), phả ụ
i áp d ng
vector không, u0 u
hoặc 7.
Đ ề ệ ằ đ ệ ả ằ ế
i u ki n (3-9) nói lên r ng vector i n áp ra ph i n m trong vòng tròn ti p
xúc với các cạnh của lục giác đều như biểu diễn trên hình 3.2-8.
Sử dụ ế ị đ ề ể ố ử ể
ng các thi t b i u khi n s dùng vi x lý, phương pháp SVM có th áp
đặt một cách chính xác các vector phả ừ đ
i, trái, t ó xác định chính xác vector u trong
mỗi chu kỳ cắt mẫu Ts. b
Đây là ưu đ ể
i m cơ ản của SVM.
Đối vớ đ ề ế
i i u ch SVM, ta có thể ỉ
có được ch số đ ề ế ớ
i u ch lên t i 0,907, tuy
nhiên, bằng phương pháp đ ề
i u chế mở rộ ể ơ ữ
ng người ta còn có th nâng cao h n n a
chỉ số này lên tới 9,514 thậm chí là 1.
Dựa vào các kết quả thu được ở trên, so sánh và đánh giá các kểt quá đó ta
nhận thấy, bộ nghịch lưu nguồ ớ đ ề ế
n áp ba pha v i phương pháp i u ch không gian
vector SVM có đ ứ
áp ng tốt hơn hẳn, hệ số ạ ệ
méo d ng và h số đ ề ế ơ
i u ch đều cao h n
rất nhiề ớ đ ề ế ự ọ ộ ị
u so v i phương pháp i u ch PWM sóng hình sin. Ta l a ch n b ngh ch
l i
ưu với phương pháp đ ều chế không gian vector là phương án thích hợp nhất cho
động cơ IPM.

52. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
36
3.3. Đặc thù của các bộ ế
bi n đổi cho ô tô đ ệ
i n
Như trên đã trình bày, các bộ nghịch lưu dòng thông thường dùng cầu
Thyristor để chuyển nguồn DC sang nguồn AC. Nghịch lưu này dùng để biến đổi
dòng một chiều thành dòng xoay chiều và nguồn một chiều cấp cho b bi
ộ ến đổi phải
là nguồn dòng. Trong nhữ ợ ử
ng trường h p s dụ ồ ấ
ng ngu n công su t cao, nghịch lưu
cầu Thyristor có thể làm phát sinh sóng điều hòa bậc cao gây nguy hiểm.
Nghịch lưu cộng hưởng thì có lĩnh vự ứ
c ng dụng riêng, như dùng trong các
thiết bị ấ đ ả
qu y thép ang nóng ch y...
Do vậy, trong các bộ biế ệ
n đổi dùng cho ô tô hi n nay thường dùng nghịch lưu
áp vì đ ệ
i n áp ra c a ngh
ủ ịch lưu có thể đ ề
i u chế theo các phương pháp khác nhau để
giảm sóng đ ề
i u hòa bậc cao. Trước kia nghịch lưu áp bị hạ ế ứ ụ
n ch trong ng d ng vì
các van động lự đ ề
c i u khiển hoàn toàn còn nhỏ. Hơn nữa việc sử dụ ị ư
ng ngh ch l u
áp bằng Thyristor khiến cho hiệu suất của bộ biế ả ơ đ ề ể ứ
n đổi gi m, s đồ i u khi n ph c
tạp.
Hình 3.3-1: Mô hình đ ề
i u khiể ơ ủ
n động c c a một ô tô.
Hiện nay các van MOSFET và van IGBT đã c
đượ ứng dụng rộng rãi trong
ngành công nghi ng d
ệp bởi vì MOSFET được ứ ụng trong toàn bộ thiết bị bán dẫn

53. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
37
sử dụ ấ đ ệ ấ đ ụ ộ ệ
ng công su t và i n áp th p, IGBT ã được áp d ng r ng rãi trong các h
truyề ơ ứ ụ ả ấ ấ
n độ độ
ng ng c và các ng d ng khác trong d i công su t th p và trung bình.
V i
ấn đề đặt ra đối với bộ biến đổi cho động cơ IPM ứng dụng trong xe đ ện và
tăng cường tần số đóng cắt của các van công suấ ờ
t, đồng th i giảm thiểu tố đ
i a tổn
hao rơi trên các van. Vấ đ
n đề ó sẽ được trình bày chi tiết i
ở mục 3.3.1 và 3.3.2 dướ
đây.
3.3.1. Chuyển mạch mềm (soft-switching)
Trong các bộ biế ầ
n đổi các ph n tử bán dẫn công suất được sử dụ ư ữ
ng nh nh ng
van bán dẫn, khi mở dẫ ố ả ồ
n dòng thì n i t i vào ngu n, khi khóa thì không cho dòng
đ ệ ạ ớ ầ ử ế đ ể ẫ ự ệ đ
i n ch y qua. Khác v i các ph n t có ti p i m, các van bán d n th c hi n óng
cắt dòng đ ệ ử đ ệ ị ờ
i n mà không gây nên tia l a i n, không b mài mòn theo th i gian.Tuy
có thể đóng ngắt các dòng đ ệ
i n lớn nhưng các phần tử bán dẫn công suất lại được
đ ề ể ở ệ đ ệ ấ ỏ
i u khi n b i các tín hi u i n công su t nh , tạo b n t
ởi các mạ đ ệ
ch i ử công suất
nhỏ.
Quy luật nối tải vào nguồn phụ thuộc vào các sơ đồ củ ộ ế
a b bi n đổi và phụ
thuộc vào cách thứ đ ề ể ộ ế
c i u khi n các van trong b bi n đổi. Như vậ ế
y quá trình bi n
đổi năng lượng được thự ệ
c hi n với hiệ ấ ổ ấ
u su t cao vì t n th t trong bộ biến đổi chỉ là
t i
ổn thất trên các khóa đ ện tử, không đáng kể so với công suấ đ ệ
t i n cần biến đổi.
Không những đạt được hiệu suất cao mà các bộ biến đổi còn có khả nă ấ
ng cung c p
cho phụ tả ồ ă ớ ầ đ ứ
i ngu n n ng lượng v i các đặc tính theo yêu c u, áp ng các quá trình
đ ề ỉ đ ề ể ộ ờ ắ ấ ớ ấ ợ
i u ch nh, i u khi n trong m t th i gian ng n nh t, v i ch t lượng phù h p trong
các hệ thống tự động ho ây là
ặc tự động hóa. Đ đặc tính mà các b bi
ộ ến đổi có tiếp
đ ể ặ ể đ ệ ừ ể
i m ho c ki u i n t không th có được.
Các mạ đ ệ ử ấ ạ ở
ch i n t công su t nói chung ho t động mộ ế
t trong hai ch độ sau:
tuyến tính (linear) và chuyển mạch (switching).
- Chế độ tuyến tính sử dụ đ ạ ế ủ ệ ự
ng o n đặc tính khu ch đại c a linh ki n tích c c,
trong khi chế độ xung chỉ sử dụ ệ ự ư
ng linh ki n tích c c nh mộ ớ
t khóa (van) v i
hai trạng thái đóng (bão hòa) và ngắt. Chế độ tuyến tính cho phép mạch có thể
được đ ề
i u chỉnh một cách liên tục nhằ đ ứ
m áp ng một yêu cầ đ ề
u i u khiển nào

54. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
38
đ ế
ó. Tuy nhiên, ch độ tuyế ổ ấ ấ
n tính thường sinh ra t n th t công su t tương đối
cao so với công suất của toàn mạ ẫ ệ ấ ủ ạ
ch, và d n đến hi u su t c a m ch không cao.
Hiệu suất không cao không phải là vấn đề được quan tâm đối vớ ạ
i các m ch
công suất nhỏ, và đặc biệt là các mạ đ ề
ch i u khiển có yêu cầu về chất lượng, về
đ ứ ư ấ
áp ng được đặt lên hàng đầu. Nh ng v n đề hiệu suất được đặc biệt quan
tâm đối với các mạch công suất lớn, với các lý do khá hiển nhiên. Chế độ
chuyển mạch cho phép giảm khá nhiều các tổn thất công suất trên các linh
ki n
ện tích cực, đặc biệt là các linh kiện công suất, do đó được ưa thích hơ
trong các mạch công suất lớn. Ví dụ cụ ể ọ ả
th để minh h a. Gi sử ầ ự
ta c n th c
hiện một bộ biến đổi i
đ ệ
i n áp từ 12 VDC sang 5 VDC, dòng tải tố đa là 1A.
Với giải pháp tuyến tính, dùng một vi mạ ổ
ch n áp 7805. Với dòng tải I bất kỳ,
hiệu suất của mạch một cách lý tưởng sẽ là η = Pra/Pvào = (5.I)/(12.I) = 41.7%
(ta nói lý tưởng vì chúng ta coi như bả ạ ổ ụ
n thân vi m ch n áp không tiêu th
dòng đ ệ
i n). Với giải pháp chuyển mạch, ta có thể dùng mạch giảm áp có tên
gọi buck converter để thực hi c hi
ện việc này và có thể đạt đượ ệu suất trên 90%
với mạch này một cách dễ dàng. Nhưng c ng ch
ần chú ý rằ ất lượng đ ệ
i n áp tại
đầu ra củ ả ế ố ơ ớ ả ể
a gi i pháp tuy n tính t t h n so v i gi i pháp chuy n mạ đ
ch. Do ó,
đ ề ọ ở đ ọ ả ợ ừ
i u quan tr ng ây là chúng ta ch n gi i pháp thích h p cho t ng bài toán.
- Kỹ thuậ ể ạ
t chuy n m ch thự ế ồ ể ạ
c t bao g m: chuy n m ch cứng (hard-switching)
và chuyển mạch mề ớ ỹ
m (soft-switching). V i k thuật chuyển mạch cứng, các
khóa (van) được yêu cầ đ
u óng (hay ngắt) khi đ ệ
i n áp đặt vào (hay dòng đ ệ
i n
chảy qua) linh kiện đang có giá trị lớ ứ ệ ẽ ả ả
n (định m c). Linh ki n s ph i tr i qua
m o
ột giai đ ạn chuyển mạch để đi đến trạng thái đóng (hay ngắt), và giai đ ạ
o n
này sẽ sinh ra tổn thất công suất trên linh kiện tương t nh
ự ư ở chế độ tuyến
tính. Tổn thất công suất trong giai đ ạ
o n này được gọi là tổn thất (tổn hao)
chuyển mạch. Đ ề
i u này có nghĩa là khi tần số làm việc càng lớn (càng có
nhiều lần đóng/ngắt linh kiện trong mộ ị
t đơn v thời gian) thì tổn thất chuyển
mạch càng lớn, và đó là một trong nhữ ế ầ ố ệ ủ ạ
ng lý do khi n t n s làm vi c c a m ch
bị giới hạn. Kỹ thuật chuyển mạch mề ở
m cho phép m rộ ớ ạ ầ ố
ng gi i h n t n s của

55. Chương 3: Các bộ biến đổi cho động cơ IPM
39
các bộ biế ể
n đổi chuy n m t khóa (van)
ạch, nhờ việ đ ắ
c óng/ng ở đ ệ
i n áp bằng 0
(ZVS: zero-voltage-switching) và/hoặ ở
c dòng đ ệ
i n bằng 0 (ZCS: zero-
current-switching). Việc nâng cao tần số làm việ ẽ ả
c s giúp gi m kích thước và
khối lượng của các linh kiện, và tăng mật độ công suất. Đ ề
i u này rất quan
tr i
ọng đối với xe đ ệ
i n, vớ đặc thù về kích thước không gian cũng như yêu cầu
hoạt động.
(a)
Hình 3.3-2: Mô hình khóa chuyển mạch mềm [6]
a) Phần tử chuyển mạch đóng cắt mềm E chung
b) Phần tử chuyển mạch đóng cắt mề ầ
m c u diode
Chuyển mạch mềm có thể thực hiện nhờ quá trình cộng hưởng, tạo nên chế độ
đ ắ đ ệ ằ ặ ằ đ ổ ả Đ
óng c t khi i n áp b ng không ho c dòng b ng không, do ó t n hao gi m. ây là
biện pháp quan trọng để xây dựng các bộ ế ớ ấ ớ đ
bi n đổi v i công su t l n, trong ó các
van phải làm việc với dòng đ ệ
i n rất lớn hoặ đ ệ
c i n áp rất cao. Trên hình 3.3-2 thể
hiện hai mô hình khóa chuyển mạch mềm. Các mạch cộng hưởng đều dựa trên
mạch dao động LC. Mạch LC có thể bắ ờ
t đầ độ
u dao ng nh mộ ụ
t van ph đưa vào
hoặc do bản thân các van chuyển mạch đưa vào. Sơ đồ (a) sử dụ ụ
ng thêm khóa ph
QA, sơ đồ (b) sử dụng chính hai khóa Q1, Q2 để khởi động mạch dao động. Dao
động này sẽ bắ ộ đ ệ ặ đ ệ ầ ử đ ắ ằ
t bu c i n áp ho c dòng i n trên ph n t óng c t b ng không
trong thời gian chuyể ạ ấ ể ụ
n m ch. Các c u hình khoá này có th được áp d ng trong MC
khi công suất yêu cầu là rất lớ Ư đ ể
n. u i m cơ bả ủ ổ
n c a hai mô hình này là t n hao
không t khi t
ă đ
ng áng kể ăng t n s
ầ ố đóng cắt.