Thiết bị mô phỏng động cơ Motor Simulator

Motor Simulator – Thiết bị mô phỏng động cơ là giải pháp dùng để tái tạo các đặc tính điện và đặc tính động của động cơ thực trong môi trường kiểm tra có kiểm soát. Thay vì sử dụng trực tiếp động cơ quay và hệ thống Dynamometer, Motor Simulator tạo ra một động cơ ảo với các đặc tính như điện áp, dòng điện, mô-men xoắn, tốc độ, Back-EMF và vị trí rotor để kiểm tra inverter, Motor Control Unit (MCU), Motor Drive và hệ thống truyền động xe điện. ActionPower phát triển giải pháp Motor Simulation theo hướng mô phỏng động cơ có thể lập trình, kết hợp với Battery Simulation, Resolver Simulation và HIL để xây dựng hệ thống kiểm tra toàn bộ chuỗi Battery – Inverter – Motor.

Motor Simulator là gì?

Motor Simulator hay Motor Emulator là thiết bị kiểm tra có khả năng mô phỏng hành vi của một động cơ thực mà không cần sử dụng rotor và cơ cấu cơ khí quay thực tế. Hệ thống phản hồi theo tín hiệu điều khiển từ DUT, chẳng hạn như inverter hoặc MCU, đồng thời tái tạo các đặc tính tương đương tại đầu cực động cơ về điện áp, dòng điện, công suất, mô-men xoắn và Back-EMF. Theo ActionPower, hệ thống có thể mô phỏng nhiều loại động cơ như PMSM, Induction Motor (IM) và BLDC, cho phép người dùng cấu hình các thông số động cơ theo yêu cầu của từng bài kiểm tra.

Mô phỏng đặc tính động cơ theo thời gian thực

Một ưu điểm của Motor Simulation là khả năng thay đổi các đặc tính động cơ bằng phần mềm thay vì phải thay đổi động cơ vật lý. Các tham số có thể cấu hình bao gồm số cặp cực, điện trở pha, điện cảm, từ thông, mô-men tải, quán tính, ma sát và giới hạn tốc độ hoặc mô-men. Với cấu hình PMSM, hệ thống AMS E-Motor Emulator của ActionPower công bố phạm vi Stator Resistance Rs từ 0–5 Ω, Ld/Lq từ 0–2 mH, Magnetic Flux từ 0,005–2 V·s, quán tính J từ 0–1 kg·m² và số cặp cực từ 0–16. Nhờ khả năng lập trình, một hệ thống có thể tái tạo nhiều đặc tính động cơ khác nhau mà không cần thay đổi phần cứng cơ khí.

Mô phỏng tốc độ và mô-men xoắn

Motor Simulator có thể tạo các profile vận hành theo speed, torque và operating conditions, cho phép kiểm tra phản ứng của MCU hoặc inverter trong nhiều trạng thái khác nhau. Với AMS E-Motor Emulator, ActionPower công bố tốc độ thử nghiệm từ 0–15.000 rpm, thời gian tăng tốc từ 0 đến 15.000 rpm <3 giây, điện áp đường dây tối đa 450 Vrms và dòng điện RMS tối đa ±560 A. Công suất định mức của cấu hình được công bố là 150 kW, công suất đỉnh đạt 220 kW trong 20 giây. Đây là các thông số của cấu hình AMS được ActionPower công bố và không đại diện cho mọi cấu hình Motor Simulator.

Mô phỏng Resolver và lỗi cảm biến

Ngoài việc mô phỏng động cơ, Motor Simulator còn có thể tích hợp Resolver Simulation để tái tạo tín hiệu vị trí rotor tương tự cảm biến Resolver thực tế. Người dùng có thể thiết lập số cặp cực, gain của tín hiệu sine/cosine, phase và góc lắp đặt để tạo ra các tín hiệu phản hồi phù hợp với hệ thống điều khiển. Hệ thống cũng hỗ trợ mô phỏng các tình trạng lỗi như excitation open/short circuit, modulation signal error, amplitude anomaly và sine/cosine phase error, giúp kiểm tra khả năng phát hiện lỗi và chức năng bảo vệ của inverter hoặc Motor Control Unit.

Motor Simulator hai chiều và tái sinh năng lượng

Motor Simulator có khả năng bidirectional power flow và four-quadrant operation, cho phép mô phỏng cả quá trình động cơ nhận và trả năng lượng. Khi kết hợp với công nghệ regenerative, năng lượng phát sinh trong các trạng thái giảm tốc hoặc tái sinh có thể được tuần hoàn trở lại hệ thống thay vì tiêu tán hoàn toàn dưới dạng nhiệt. Điều này đặc biệt hữu ích đối với các bài kiểm tra công suất lớn và chu kỳ thử nghiệm dài, đồng thời giảm yêu cầu về tải tiêu tán và chi phí năng lượng vận hành. ActionPower cũng mô tả kiến trúc có khả năng kết hợp Motor Simulation và Battery Simulation để tái tạo dòng năng lượng hai chiều giữa Battery – Inverter/MCU – Motor.

Ứng dụng kiểm tra Inverter và Motor Drive

Inverter & Motor Drive Testing là một trong những ứng dụng chính của Motor Simulator. Thiết bị cho phép kiểm tra hiệu suất của traction inverter, motor controller và industrial drive dưới nhiều mô hình động cơ khác nhau. Thay vì phải kết nối với động cơ thực và hệ thống Dynamometer, kỹ sư có thể thiết lập các điều kiện như thay đổi tốc độ, mô-men, tải, Back-EMF hoặc điều kiện lỗi trên phần mềm. Qua đó có thể đánh giá dynamic response, efficiency, control performance và protection functions của thiết bị điều khiển.

Motor Simulator cho xe điện EV

Trong lĩnh vực Electric Vehicle, Motor Simulator được sử dụng để mô phỏng traction motor trong quá trình phát triển và kiểm tra hệ thống truyền động. Hệ thống có thể tái tạo các trạng thái như tăng tốc, giảm tốc, thay đổi mô-men, regenerative braking và tương tác giữa Battery – Inverter – Motor. Đây là giải pháp phù hợp cho quá trình phát triển EV Powertrain, Traction Inverter, Motor Control Unit và hệ thống điều khiển truyền động, đặc biệt khi cần thực hiện các bài kiểm tra lặp lại hoặc kiểm tra các điều kiện cực hạn mà việc sử dụng động cơ thực khó tái tạo một cách ổn định.

Motor Simulation cho HIL

Hardware-in-the-Loop (HIL) là một ứng dụng quan trọng của Motor Simulator. Trong cấu hình HIL, động cơ thực được thay thế bằng mô hình động cơ ảo chạy theo thời gian thực, trong khi bộ điều khiển hoặc inverter thật vẫn được sử dụng làm DUT. Cách tiếp cận này cho phép kỹ sư kiểm tra thuật toán điều khiển ngay từ giai đoạn R&D trước khi kết nối với động cơ vật lý. ActionPower cho biết Motor Simulator có thể được tích hợp với Battery Simulator, Electronic Load, Grid Simulator và HIL platform để xây dựng môi trường kiểm tra điện tử công suất hoàn chỉnh.

AMS E-Motor Emulator – giải pháp kiểm tra đến 220 kW

Dòng AMS E-Motor Emulator của ActionPower là hệ thống ATE được thiết kế để kiểm tra Motor Control Unit, với khả năng tích hợp Motor Emulation, Battery Emulation và Resolver Simulation trong cùng một nền tảng. Cấu hình được công bố có 3 pha, công suất định mức 150 kW, công suất đỉnh 220 kW/20 giây, điện áp đường dây tối đa 450 Vrms, dòng điện tối đa ±560 A và tốc độ thử nghiệm 0–15.000 rpm. Hệ thống hỗ trợ giao tiếp CAN, RS485 và LAN, đồng thời có thể lập trình tối đa 200 bước và 999 vòng lặp, phù hợp cho các sequence kiểm tra tự động.

Giải pháp Motor Simulation tại TM-TECH

TM-TECH cung cấp thiết bị đo lường, hệ thống kiểm tra và giải pháp tích hợp cho lĩnh vực ô tô, xe điện, năng lượng và điện tử công suất tại Việt Nam. Hồ sơ năng lực TM Technology thể hiện các lĩnh vực ứng dụng gồm EV, Battery, Motor Control, PV và Energy Storage, là những nhóm ứng dụng trực tiếp liên quan đến Motor Simulation.

Đối với giải pháp Motor Simulator, TM-TECH có thể phối hợp lựa chọn cấu hình theo công suất DUT, điện áp, dòng điện, tốc độ, mô-men, loại động cơ, Resolver, yêu cầu HIL và bài kiểm tra cụ thể. Hệ thống có thể được xây dựng theo kiến trúc Motor Simulation + Battery Simulation + Resolver Simulation + HIL, tạo thành nền tảng kiểm tra hoàn chỉnh cho EV Powertrain, Traction Inverter, MCU và Motor Drive. TM-TECH cũng có kinh nghiệm tích hợp và triển khai các hệ thống kiểm tra chuyên dụng cho lĩnh vực Battery và Automotiv