Động cơ nhiều pha ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các hệ truyền động hiệu suất cao nhờ nhiều ưu điểm vượt trội so với động cơ ba pha truyền thống. Việc chia dòng điện ra nhiều pha giúp giảm tải trên từng linh kiện bán dẫn công suất, đồng thời đáp ứng yêu cầu công suất cao với điện áp thấp. Động cơ nhiều pha còn có ưu thế như độ đập mạch mô-men xoắn thấp, khả năng chịu lỗi cao, tăng độ tin cậy và hiệu suất vận hành.Trong số đó, động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực ẩn nhiều pha (IPMSM) nổi bật với cấu trúc nhỏ gọn, mật độ mô-men và công suất cao, hiệu suất vượt trội nhờ sử dụng nam châm vĩnh cửu thay thế cho cuộn kích từ, loại bỏ các tổn hao dây quấn. Các nghiên cứu đã so sánh IPMSM ba pha, năm pha, sáu pha và chín pha cho ứng dụng xe điện, trong đó động cơ sáu pha có hiệu suất tốt nhất nhờ cấu trúc 72 rãnh tạo mật độ từ thông cao, mang lại mô-men xoắn lớn và tổn thất đồng thấp hơn. Điều này làm cho động cơ sáu pha rất phù hợp cho các phương tiện như xe ô tô điện, xe buýt điện, tàu điện. Tuy nhiên, IPMSM 6 pha chưa phổ biến trên thị trường và việc thiết kế, phân tích chính xác gặp nhiều thách thức do đặc tính phi tuyến của vật liệu từ, hiện tượng bão hòa từ, phân bố từ trường phức tạp và sóng hài không gian. Các phương pháp truyền thống như mô hình mạch tương đương hay công thức giải tích thường không đủ chính xác. Do đó, phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) được ứng dụng rộng rãi để mô phỏng chính xác phân bố từ trường, mô-men điện từ, tổn hao và ảnh hưởng của sóng hài trong IPMSM 6 pha. Phần mềm JMAG-Designer là công cụ ưu việt, hỗ trợ mô phỏng 2D, 3D và đồng bộ với các phần mềm điều khiển như PSIM, Simulink, giúp tối ưu thiết kế và xác thực mô hình điều khiển truyền động. Công trình nghiên cứu này đề xuất sử dụng mô hình FEM IPMSM 6 pha trên JMAG-Designer để nghiên cứu, kết hợp đồng mô phỏng với điều khiển vector trên hệ trục dq kép, để đánh giá hiệu suất hệ thống. Trong tương lai, việc tích hợp các yếu tố nhiệt động học, cơ học và rung, kết hợp với phát triển mô hình đồng mô phỏng thời gian thực, sẽ góp phần nâng cao hiệu suất và độ chính xác của hệ thống điều khiển.

Hình minh họa. Nguồn Internet

Bài báo đã xây dựng thành công một phương pháp mô hình hóa và mô phỏng toàn diện cho IPMSM sáu pha công suất 100 kW, kết hợp giữa mô hình toán học và phân tích phần tử hữu hạn bằng JMAG-Designer. Phương pháp này cho phép khai thác đồng thời ưu điểm của hai cách tiếp cận: mô hình lý thuyết cung cấp cái nhìn tổng quan về đặc tính điện-cơ, trong khi mô hình FEM phản ánh chính xác các hiện tượng phi tuyến như bão hòa từ, phân bố từ trường không đối xứng và ảnh hưởng của cấu trúc rotor phức tạp. Tuy nhiên, nghiên cứu hiện tại vẫn còn một số hạn chế, bao gồm việc chưa xét đến các yếu tố nhiệt, rung động cơ học và tổn hao trong quátrình vận hành, cũng như chưa thực hiện đồng mô phỏng trong môi trường thời gian thực để kiểm thử hiệu quả điều khiển. Do đó, trong các nghiên cứu tiếp theo, nhóm tác giả đề xuất tích hợp mô hình liên hợp đa vật lý bao gồm điện - nhiệt - cơ, đồng thời phát triển mô hình mô phỏng thời gian thực kết hợp với các chiến lược điều khiển hiện đại như MPC hoặc học tăng cường sâu (DRL), nhằm đánh giá toàn diện hiệu suất và độ tin cậy của hệ truyền động trong điều kiện vận hành thực tế.

Tạp chí Đo lường, Điều khiển và Tự động hóa 2025, 29(3): 67-76 (ctngoc)