ĐỒ án THIẾT kế THIẾT bị điện tài đề THIẾT kế NG b ĐỘNG cơ đồ ộ NAM CHÂM VĨNH cửu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA ĐIỆN BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN ====o0o==== ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU Giáo viên hướng dẫn : ThS Nguyễn Việt Anh Sinh viên thực : Hứa Trọng Khiêm Trần Văn Cương Nguyễn Trường Giang Hoàng Thế Vũ Lớp : Điện – k13 Hà nội, 2021 download by : skknchat@gmail.com BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN Số: 22 Tên lớp: 20211EE6023006 Họ tên sinh viên: Nhóm 22 STT Họ tên Trần Văn Cương Nguyễn Trường Giang Hứa Trọng Khiêm Hoàng Thế Vũ Giáo viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Việt Anh NỘI DUNG Đề tài: Thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) có cơng suất đầu trục P đm = 750 w, có số rãnh 12 số cực 10, tốc độ định mức n đm = 600v/p, hiệu suất ŋ=0,8, Điện áp chiều Vdc=127 V YÊU CẦU THỰC HIỆN A Phần thuyết minh Tính tốn kích thước chủ yếu Tính tốn stator, rotor Thuật toán thiết kế sơ động PMSM Kết tính tốn giải tích Kết mô động PMSM B Bản vẽ kỹ thuật STT download by : skknchat@gmail.com Ngày giao đề tài: 14/9/2021 BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN Ngày hoàn thành: 21/12/2021 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN TS Phạm Văn Cường ThS Nguyễn Việt Anh download by : skknchat@gmail.com Chương 1: Sơ lư c v động đ ng nam châm v nh c u 1.1: Khái niệm v động đ ng nam châm v nh c u Động BLDC hay gọi động nam châm vĩnh cửu, loại động có dạng sóng hình thang Chính sức phản điện động có kết cấu dạng hình thang yếu tố định để xác định động BLDC Thay cho chuyển mạch dòng phần ứng giống động chiều thông thường sử dụng chổi than cổ góp động BLDC lại sử dụng chuyển mạch điện từ Hình 1: Máy phát điện sử dụng động nam châm vĩnh cửu download by : skknchat@gmail.com Do đó, cuộn dây phần ứng đặt stator giúp cho pm motor dễ dàng dẫn nhiệt từ cuộn dây vỏ, sử dụng phương pháp làm mát cưỡng khác cần Vì vậy, động BLDC có mật độ công suất lớn hẳn so với động chiều truyền thống Động chiều nam châm vĩnh cửu không sử dụng chổi than BLDC từ lâu đƣợc sử dụng rộng rãi, đặc biệt hệ truyền động có cơng suất nhỏ (từ vài W đến vài chục W) ổ đĩa quang, động nam châm vĩnh cửu máy giặt, quạt làm mát máy tính cá nhân, thiết bị văn phòng (máy in, máy scan, ) Trong ứng dụng đó, mạch điều khiển chế tạo cách đơn giản có độ tin cậy cao 1.2: Phân loai động năm châm v nh c u Theo thực tế, động nam châm vĩnh cửu gồm có loại: Động pm DC có kích từ điện với dải công suất lớn Động pm DC với dải công suất nhỏ Theo kết cấu, động pm DC chia thành: Máy điện đồng có cực ẩn Máy điện đồng có cực lồi Theo chức năng: Máy phát điện đồng Động điện đồng Máy bù đồng download by : skknchat@gmail.com 1.3 : Cấu tạo nguyên lý làm việc động nam châm v nh c u 1.3.1 : Cấ u tạo pm motor Stator nam châm vĩnh cửu bên động pm DC từ tên động DC: Cực trường động thường làm nam châm vĩnh cửu Một động pm DC bao gồm phần, stator armature đây, stator xi lanh thép, nam châm lại gắn kết chu vi, tức mặt xi lanh Các nam châm vĩnh cửu thường gắn kết theo cách tương tự đầu N cực S nam châm quay mặt nạ động Ở Rotor động pm DC có cấu tạo tương tự giống động DC khác Rôto phận động DC chạy nam châm vĩnh cửu bao gồm phần như: cốt lõi, cuộn dây với chuyển mạch Lõi gia cố động làm lớp sơn cách điện cách li mỏng lớp thép Bằng cách cố định chặt thép tròn vào chỗ, lõi hình trụ có khe lúc hình thành download by : skknchat@gmail.com Các thép mỏng, có độ bóng cách điện sử dụng để làm giảm tổn hao dịng điện dịng xốy bên phần cố định thiết bị động DC nam châm vĩnh cửu Các khe nằm ngoại vi phía mặt ngồi lõi phần ứng dụng, chúng thường sử dụng để làm dây dẫn cuộn dây cho phần vỏ Các dây dẫn cuộn nối kết nối theo cách thích hợp làm tăng cuộn dây phần ứng Các đầu cuối cuộn dây kết nối với phận chuyển mạch đặt trục động Giống động DC khác, lớp carbon than chì khác đặt với áp suất lò xo phân đoạn phận chuyển mạch nhằm mục đích cung cấp dịng điện lên cho phần mềm 1.3.2 Nguyên lý làm việc PMSM động đồng nam châm vĩnh cửu hoạt động sau: cấp dịng điện hình sin vào cuộn dây stator xuất từ trường quay với tốc độ ntt = 60f/p, f- tần số biến thiên dòng điện, p – số đôi cực Do từ trường nam châm vĩnh cửu từ trường không đổi không quay, tác động từ trường quay với từ trường không đổi tạo mơ men dao động, giá trị trung bình mơ men có giá trị Để máy điện làm việc phải quay nam châm vĩnh cửu tới tốc độ tốc độ từ trường, lúc mơ men trung bình động khác Việc đưa nam châm vĩnh cửu tới tốc độ từ trường phương pháp khởi động động đồng thường mà ta nghiên cứu trước Do khởi động máy lai ngoài, phương pháp đắt tiền, cồng kềnh nên sử dụng Phương pháp hay dùng phương pháp khởi động dị Lúc đặt tải lên động Như máy đồng nam châm vĩnh cửu có nam châm quay đồng với từ trường quay, quay với tốc độ đồng download by : skknchat@gmail.com 1.3.4 Nh ng ưu c m động đ ng nam châm v nh cu Động nam châm vĩnh cửu DC hay gọi động pm DC hoạt động theo nguyên tắc nam châm vĩnh cửu, dựa thực tế dây dẫn mang dòng điện đặt từ trường có lực học chạy qua dây dẫn Tất loại động DC thông thường hoạt động theo nguyên tắc Do đó, để xây dựng động DC, cần phải thiết lập từ trường Từ trường vừa thiết lập nam châm, cịn nam châm chọn loại nào, nam châm vĩnh cửu loại khác Khi nam châm vĩnh cửu sử dụng để tạo từ trường động DC động gọi động DC nam châm vĩnh cửu gọi tắt động pm DC Ưu Điểm : Động pm DC khơng cần xếp để kích thích từ trường Đồng thời, khơng có cơng suất đầu vào mạch tiêu thụ để giúp kích thích làm tăng cường hiệu suất cho động DC Động pm DC khơng có cuộn dây từ trường, không gian dành cho cuộn dây trường thu hẹp lại làm giảm kích thước tổng thể động Động pm DC có mức chi phí rẻ tiết kiệm cho dành cho ứng dụng xếp hạng kW phân số Có mức chi phí rẻ tiết kiệm Như c Đi m : Trong trường hợp này, thấy được, động DC khơng bù lại, cường độ từ trường động bị suy yếu phản ứng dị ứng gây mài mờ download by : skknchat@gmail.com Ngoài ra, động pm DC cịn có hội nhận cực từ bán dẫn vĩnh viễn (hoặc phần) dòng điện áp tăng lên nhiều trình khởi động, làm đảo ngược dịng điện tình trạng tải động Một bất lợi lớn khác dễ thấy động pm DC là, từ trường khoảng cách khơng khí xem cố định giới hạn nên khơng thể kiểm sốt từ bên ngồi Do đó, việc kiểm soát tốc độ động pm DC loại động khó download by : skknchat@gmail.com Chương 3: Tính tốn kích thước U CẦU :Thiết kế động đồng nam châm vĩnh cửu (PMSM) có cơng suất đầu trục Pđm = 750 w, có số rãnh 12 số cực 10, tốc độ định mức nđm = 600v/p, hiệu suất ŋ=0,8, Điện áp chiều Vdc=127 V 3.1 Tính tốn tham số stator + Đường kính ngồi (cm) lõi thép stator: Dn Trong : - Ps cơng suất biểu kiến (VA) Ps Pdm 750 1,56(w) η.cosφ 600.0,8 - Pdm công suất định mức η hiệu suất động - λ tỷ số chiều dài lõi thép với bước cực λ= t λ =0,8 -1,5 Ta lấy λ =0.9 - A tải đường stator (A/cm) A=150 (A/cm) - Bδ : mật độ từ thơng khe hở khơng khí (T) Bδ =0,5 (T) + Đường kính lõi thép stator: D=k D Dn0,55 5, 71 3,14 cm Trong : k D hệ số kết cấu Ta lấy k D =0,55 download by : skknchat@gmail.com + Bước cực τ= Trong : p số cặp cực + Chiều dài lõi thép l=λ.τ=0,9.0,99=0,891(cm) + Khe hở khơng khí (mm) D 314 δ=0,2+ 200 0, 200 1,77(mm) + Số rãnh stator Z s 2.m p.q Với m số pha; q số rãnh cho pha cực từ + Số vòng dây pha k 108 U dm Wf e Trong : - ks hệ số song, ks =1,1 - ke = Udm E Với U dm dm Edm điện áp định mức sức điện động định mức - từ thơng khe khơng khí l B Với hệ số cung cực từ tính tốn , =0.6 + Số dẫn rãnh W a U s s q p download by : skknchat@gmail.com số mạch nhánh song song + Tiết diện dây quấn a Idm Ss !! a J n Trong : Idm dòng điện định mức J mật độ dòng điện , J =6 (A/ mm2 ) n!! số sợi chập 3.2 Tính tốn tham số rotor + đường kính ngồi rotor D r D 1.5 + Chiều cao nam châm hm B Bg B g r Trong : Bg mật đọ từ thơng khe hở khơng khí Br mật độ từ dư nam châm vĩnh cửu + Thể tích nam châm V =c m pdm v f.B r H c Trong Hc lực kháng từ (A/m); f tần số dịng điện stator cv hệ số thể tích nam châm + Chiều cao nam châm h m Vm 4.wm lm download by : skknchat@gmail.com 3.3 Thông kê kết tính tốn Tên thơng số Đường kính ngồi stator Đường kính stator Khe hở khơng khí Chiều dài mạch từ stator Số rãnh stator Chiều cao rãnh stator Khoảng cách rãnh stator Độ rộng miệng rãnh stator Số vịng dây Số sợi chập Đường kính day Đường kính ngồi rotor Đường kính rotor Chiều rộng nam châm Chiều cao nam châm download by : skknchat@gmail.com Chương : Mô động PMSM 4.1 Mô LSPMSM s dụng MATLAB/Simulink Hình Khối tính tốn mơmen Hình Khối tính tốn dịng điện trục d-q download by : skknchat@gmail.com Hình Khối biến đổi Vabc sang Vdq Hình Khối tính tốn dịngđiện Idr Ứng dụng Mathlab/Simulink để mơ đặc tính làm việc LSPMSM từ mơ hình tốn củ a động t ại mục 2.1 Tổng hợ p mộ t số module đượ c sử dụng q trình mơ hình ÷ 4.2 Ứng dụng mơ hình toán với LSPMSM th nghiệm Trong báo này, ta khơng làm giảm tính tổng qt lựa chọn mô động thử nghiệm 2,2 kW, pha, cực Trong đó, phần rơto cải tạo từ động không đồng 2,2kW3K112S4 Công ty Cổ phần chế tạo điện Hà Nội (hình 8) Các thơng số LSPMSM 2,2kW thử nghiệm (điện cảm tản stato, điện cảm tản rôto quy đổi, điệm cảm đồng từhóa ngang trục, dọc trục,…) tính tốn dựa cáccấu hình stato, rơto, kích thước vị trí đặt NCVC Tổng kết lại, thông số LSPMSM 2,2kW thử nghiệm xác định bảng download by : skknchat@gmail.com x Hình Cấu tạo rôto LSPMSM th nghiệ m Bảng Các thông số c LSPMSM th nghiệm download by : skknchat@gmail.com Mô LSPMSM với MATLAB/Simulink download by : skknchat@gmail.com Hình Các đặc tính mơ LSPMSM th nghiệm download by : skknchat@gmail.com Ứ ng dụng MATLAB/Simulink với sơ đồ khối lập trình để mơ LSPMSM 2,2kW thử nghiệm Các thông số LSPMSM thử nghiệm xác định bảng Thông qua kết đặc tính làm việc, q trình mơ cho phép đánh giá khảnăng làm việc động Cụ thể người sử dụng nghiên cứu đánh giá trình biến đổi lượng, đặc tính làm việc (tốc độ, dịng điện, mơmen,…) Đối với LSPMSM xác định khó khăn việc khởi động Như vậy, từ đặc tính tốc độ mơ thu đánh giá trình khởi động động cơ: khả năng, chất lượng khởi động, thời gian để động vào vận hành ổn định Sau mô LSPMSM thử nghiệm, đặc tính làmviệc kết thể hình Từ kết mơ phỏng, nhận thấy LSPMSM 2,2kW thử nghiệm có khả khởi động với mômen tảiđặt giá trị định mức Thời gian khởi động động 0,6s sau vào ổn định Dòng điện cực đại imax khoảng 40A, bội số dòng điện khởi động gấp 10 lần dịng điện định mức Từ đường đặc tính tốc độ mơ cho thấy LSPMSM khởi động khó khăn, trình khởi động xuất nhiều đoạn giảm tốc (10 đoạn) download by : skknchat@gmail.com Hình 10 Chia lưới mô đường từ thông LSPMSM với ANSYS/Maxwell 2D Bên cạnh mô phỏ ng LSPMSM thự c nghiệm nghiệ m với MATLAB/Simulink, nhóm tiến hành mô LSPMSM thực nghiệm với phần mềm sửa dụng phương pháp phần tử hữu hạn ANSYS/MAXWELL 2D Một số hình ảnh mơ LSPMSM 2,2 kW thực nghiệm hình 10 Đặc tính tốc độ khởi dộng thu từ hai phương pháp mô so sánh với hình 11 download by : skknchat@gmail.com Hình 11 Đặc tính tốc độ LSPMSM đư c mơ với ANSYS/Maxwell 2D MATLAB/Simulink Kết từ hình 11 cho thấy đường đặc tính tốc độ LSPMSM 2,2kW thu từ hai phương pháp: mơ từ mơ hình tốn với MATLAB/Simulink mơ phần mềm ANSYS/Maxwell 2D tương đồng Cả hai phương pháp có đường đặc tính tốc độ với tải định mức Mt ả i = 14N.m sau 0,5s vào đồng bộ, bên cạnh đểđạt đến tốc độ đồng (1.500 vg/ph) lần đầu LSPMSM trải qua lần giảm tốc Tuy nhiên, mơ vớiMATLAB/Simulink có ưu điểm thời gian mô nhanh so với phương pháp mô với ANSYS/Maxwell 2D Theo thống kê, MATLAB/Simulink mô đặc tính tốc độ khoảng thời gian 1s 30s để tính tốn, với ANSYS/Maxwell 2D khoảng 45 phút Như vậy, thời gian mô với MATLAB/Simulink trường hợp nhanh nhiều so với phương pháp mô với ANSYS/Maxwell 2D download by : skknchat@gmail.com KẾT LUẬN Nghiên cứu đưa mơ hình tốn mơ LSPMSM với MATLAB/Simulink Các kết mô thu đặc tính LSPMSM q trình làm việc như: tốc độ, dịng điện, mơmen, độ trượt, … Bên cạnh đó, báo trình bày so sánh kết thu với phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô động Kết cho thấy tương đồng Tuy nhiên mô LSPMSM với MATLAB/Simulink cho tốc độ tính tốn nhanh Từ kết nhận thấy mơ hình tốn mô LSPMSM Matlab/Simulink công cụ hữu hiệu nghiên cứu ứng dụng động thực tế Với mơ hình này, nhà thiết kế đánh giá sơ khả làm việc máy điện, từ có điều chỉnh cần thiết cho phù hợp Đối với nahf nghiên cứu, công cụ tiền đề sâu phân tích đặc tính, thơng số LSPMSM cần quan tâm, Ngồi ra, mơ hình tốn tảng để tích hợp sơ đồ điều khiển trình động ứng dụng khối điều khiển download by : skknchat@gmail.com ... Khi nam châm vĩnh cửu sử d? ?ng để tạo từ trư? ?ng đ? ?ng DC đ? ?ng gọi đ? ?ng DC nam châm vĩnh cửu gọi tắt đ? ?ng pm DC Ưu Điểm : Đ? ?ng pm DC kh? ?ng cần xếp để kích thích từ trư? ?ng Đ? ?ng thời, kh? ?ng có c? ?ng. .. tạo nguyên lý làm việc đ? ?ng nam châm v nh c u 1.3.1 : Cấ u tạo pm motor Stator nam châm vĩnh cửu b? ?n đ? ?ng pm DC từ tên đ? ?ng DC: Cực trư? ?ng đ? ?ng thư? ?ng làm nam châm vĩnh cửu Một đ? ?ng pm DC bao... by : skknchat@gmail.com Chư? ?ng 1: Sơ lư c v đ? ?ng đ ng nam châm v nh c u 1.1: Khái niệm v đ? ?ng đ ng nam châm v nh c u Đ? ?ng BLDC hay gọi đ? ?ng nam châm vĩnh cửu, loại đ? ?ng có d? ?ng s? ?ng hình thang