Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu (TT)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VŨ THANH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ BA PHA NAM CHÂM VĨNH CỬU Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62520202 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN HÀ NỘI - 2015 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS. Bùi Đình Tiếu 2.TS. Phạm Hùng Phi Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Vào hồi … giờ, ngày … tháng…. năm ………. Có thể tìm hiểu luận án thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết đề tài ơ ơ ơ „ 2. Mục đích nghiên cứu  3. Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: ơ q ú q Phạm vi nghiên cứu: ù . q ơ vu  ơ 4. Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: – q Nghiên φ ắ ú uông. Ý nghĩa thực tiễn: ơ 5. Bố cục luận án. ọ ễ q ơ ơ q – ơ q CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 So sánh động c kh ng đ ng ộ IM động c đ ng ộ a pha nam ch m vĩnh c u kh i động trực tiếp v i lư i điện LSPMSM [10][15-17][19][32][79]. [72], Yaxin Bao X. Feng [97][95][96], Marcic [80] 1.2 M hình hóa động c LSPMSM ơ ắ Cho [45], Rabbi [66], J. M. Lee [46], Akeshi Takahashi [12] ú q q q F [93], Rong-Jie Wang ù P. W. Huang [64], Yun Hyun q ọ q q ơ – ı [36], Tongshan Diao [89], Takahashi [82] Kazumi Kurihara [51], Nedelcu [61] İ 1.3 Cấu tr c rotor động c LSPMSM ú (hình 1.3) Rong-Jie Wang [72], Tianhu Ruan [83], İlhan Tarımer [36], Shehata [76], Tingting Ding [86], Takahashi [81], Saikusa [73], Jeong-Jong Lee [44], Jedryczka ú 1.4 Thuật toán thiết kế động c LSPMSM Tine MARČIČ [84] ơ F Solmaz Kahourzade [78] ọ ơ ắ q A.J Sorgdrager [11] ơ ơ F. Libert [31] ắ ắ F nc d; Xq. (i) (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (j) (k) (m) (n) (p) nh Những 1.5 Các nghiên cứu h trợ thiết kế İ ı [36] (nguồn: [36][44][72][73][76][81][83][86]) ơ M. Hadef [58] ắ ú Hassanpour Isfahani [18] ắ [71] d q q ắ d ; Dong, J.[40] d q ắ ú q - [24] q ú m. g - q g [24][60][70] q ơ ù g Mihai Comanescu [60] q [22] F g Hassanpour Isfahani [13] – ù LSPMSM. Juliette Soulard [50] Lyapunov. Rahman [67][75] ú q F Aliabad [14] ú [30] . Pyrhonen [25] Yan Hu [98] ơ Ionel [39] [99] ắ ù Zhang Aijun [56] momen cao. Claudia A. da Silva [23] – Tine MARČIČ [85] 1.6 Tối ưu động c ọ [34] ù ú ù nc q ú ơ  ắ q [8] ù q q listratova [ -Tae Song [43] [52] ] toi u on M M au hınh nam ham vuon an hım v i ien ran uo mu tieu toi a hieu suat va toi thieu momen an h n phap toi u s un la xhaustive numeration et qua toi u so sanh v i on IM 1.7 C ng cụ m ph ng q – Finite Element Method Magnetics (FEMM), Cobham Opera-2D, ANSYS Electromagnetics Solutions (Ansoft Maxwell 2D), Infolytica MagNet. – ù F Dr. Mani Mina [27] tr n Iowa tate ọ ơ ơ q ọ 1.8 Kết luận  ú ú ắ  ú  ú ù  ú g  ú ắ (d)).  q ọ q g q ẽ g Bm Bg Bm q m q m Bm  D. Stoia [79]   1. Tuy q   q q  ù q [11][31][78][84] ẽ  F ơ ơ   ắ ắ ù ễ – ẽ CHƯƠNG 2: M H NH LIÊN KẾT GI A MẠCH ĐIỆN – T 2.1 M hình nam ch m vĩnh c u q TRƯỜNG (2.1) M( ); H ( 2.2 Mô hình trư ng điện t 2.2.1 Hệ tọa độ tĩnh [29][47] q ); ( ( ) (2.19) dd 2.2.2 Hệ tọa độ động [29][47] q ( ) ( ) ( ) ( 2.3 Phư ng trình mạch điện 2.3.1 X t trư ng hợp ( ) ) ( ) (2.37) n [47] q q ( ) ∬ j Ij 2.3.2 (2.44) j Phư ng trình mạch điện – t q trư ng q quấn stator 47] ( ) (∬ U1 s stator); sd 2.3.3 Phư ng trình mạch điện – t ( [ ] [ ][ tj tj trư ng q ) n l ng sóc 47] (2.65) ] (2.66) ] [ ] )[ ] (2.67) lsj tj ( vj 2.4 Phư ng trình chu () (2.61) dây ( ) ∬ ([ ] ( ) n ) [ ][ ∬ ắ n động tj ắ vj ắ vj (N.m) (2.68) T 2.5 X l kết qu sau m ph ng ơ ẽ q ơ q ắ ms q  q – q q  . 2.6 M ph ng động c LSPMSM 7,5kW M = 47,8 (Nm); n = 1500 (vph); I 22 2.6.5 Điều kiện iên chia lư i 2.6.5.1 Điều kiện iên = 5,63 (A);   = 0,93; ki = 7,82; km ú -periodic [47][69]. 2.6.5.2 Thực chia lư i ọ Sai ú ú nh 15 ự 2.7 Kết qu m ph ng động c LSPMSM 5kW 2.7.1 Mật độ t th ng sức điện động c m ứng q nh 2.16) Bg lướ ù nh 16 khe hở không khí t i nh 17 nh 18 2.7.2 Hiệu n ng trình độ q q m max q q q q q q nh 19 LSPMSM 7,5kW 2.7.3 Hiệu n ng trình ác lập q   nh 22 22 ẽ – nh 23 l ữ  nh 25 l 2.8 Kết luận – ọ 2.37; 2.61; 2.65; 2.66; 2.67; 2.68 q ơ q q – q q ọ q q   q - 22 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN T ĐỘNG CƠ LSPMSM 3.1 Tính toán mật độ t th ng m làm việc nam ch m vĩnh c u 3.1.1 Ph n tích mật độ t th ng nam ch m m làm việc q q : : ( ( ); ); i ; ( ); Lm lm (3.10) e q m r Xác đ nh mật độ t th ng r ng g ng stator rotor 3.1.2 (3.14) g 3.1.2.1 Mật độ t  th ng r ng stator rotor Bts = ksmBm (3.17) Btr = krmBm (3.20)  3.1.2.2 Mật độ t  th ng g ng stator rotor (3.23)  (3.26) 3.1.2.3 Tính toán mật độ t th ng nam ch m vĩnh c u m làm việc ọ 3.1.2.4 Kết qu nghiên cứu ơ22 (Wm m    = mm ; Wm = 54mm m = mm ; Wm = 51mm m = mm ; Wm = 40mm ọ ọ m q q AM: ng ù F F ng Klm Kc ge ksm krm ksym krym a b c Btr (T) Bts (T) Bry (T) Bsy (T) Htr (A/m) Hts (A/m) Hry (A/m) Hsy (A/m) i Bm (T) (T) Bg (T) 1,529 1,347 0,0006 1,132 0,940 1,617 0,962 6,609 6,395 0,0018 0,836 1,008 0,856 1,439 450 660 490 2450 0,75 0,89 0,891 0,485 1,389 1,347 0,0006 1,083 0,871 1,547 0,921 9,794 10,026 0,0019 0,827 1,029 0,875 1,470 550 840 590 4390 0,815 0,95 0,952 0,496 1,168 1,347 0,0006 0,875 0,726 1,250 0,744 30,019 33,082 0,0024 0,785 0,945 0,804 1,350 460 700 500 2850 0,94 1,08 1,084 0,455 ng ữ AM FM e(%) nh Bm (T) Bg (T) 0,891 0,952 1,084 0,485 0,496 0,455 0,922 0,985 1,068 0,488 0,494 0,452 3.479 3,466 1,476 0,618 0,403 0,659 l 3.2 Kh o sát nh hư ng kích thư c nam ch m đến mật độ t th ng kh h kh ng khí ù m q m q Lm 2,8 mm 3,8 mm 4,8 mm Bg 0,1407 T 0,1423 T 0,1424 T m g q m q nh 13 nh 14 g Lm nam châm Wm 3.3 Xác đ nh điều kiện thiết kế đ động c LSPMSM có hệ số cos  3.3.1 Điều kiện đ động c có hệ số cos  d: q: ( ) ( ) q m q g (3.35) (3.36)  ( : ) { (3.47) √ 3.3.2 Kết qu kh o sát 22 ắ q P = 550 W, n ú    > 90%. q ng nc) 195,6 39,9 12,68 56,14 180,9 5,74 61,88 186,6 ) C (R1) ad) aq) 1) d) q) 3.3.2.1 Ki m tra điều kiện cos  ⏟(  ) ⏟ V       (3.48) 10 N  : ⏟ √ ⏟ (3.51)  3.3.2.2 Tính giá tr cos T :  :   = -38,9590  = +  = 39,90 – 38,9590 = 0,940  cos = 0,99986  q  3.4 Thuật toán thiết kế chi tiết động c LSPMSM 3.4.1 Thuật toán thiết kế điện t động c LSPMSM ; : 22 ; nh 19 ; 11 nh 20 stator 12 nh 21 rotor 13 nh 22 14 nh 24 15 nh 25 nh 23 F q A: B: C: D: E: F: ướ 22 Wf ù , W1, Enc g. . 1. dây W1 H: I: J: 3.5 Kết qu kh o sát thực nghiệm ú ắ q ơ ọ ù –   ơ - -H ù q  ơ  3.5.1 ẽ Kết cấu động c thực nghiệm q ắ ắ 16 3.5.2 Kết qu thực nghiệm 3.5.2.2 Sức điện động q ọ F q q ng (Enc) 46,2 (V) 45,7 (V) F 63,9 (V) 63,1 (V)  oscillo: nh 27 ll nh l 28 – –  oscillo: nh 29 ll q nh l 30 ú q ù 17 3.5.2.3 Điện áp ng điện 1) 2,73 (A) 2,8 (A) F 1,43 (A) 1,52 (A) ù  m. oscillo: nh 31 nh 32 ll l – l –  ll nh 33 nh 34 ll ớ ơ . 3.6 Kết luận q ọ ơ F M q Visual 18 Basic for Applica F M.  hi q q F CHƯƠNG 4: TỐI ƯU ĐỘNG CƠ LSPMSM 4.4 Tối ưu động c LSPMSM kW ơ  q ơ [7][26]. 4.4.1 Nhiệm vụ tối ưu động c LSPMSM ơ ng WQUATTRO 5kW q q WEG [74].  WQUATTRO 0,9262 0,923  q - Wf: Lm: Wm: 0,93 0,93 ắ a nam châm q ọ ú q q g ù 4.4.2 Kh i tạo kh ng gian tìm kiếm ng Wf (mm) Lm (mm) 2,5 Wm (mm) 40 4.4.3 Các ràng uộc ng chư ng trình - m 7,5 77  4,22 i  7,82 q ). 4.5 X ựng mục tiêu hàm chi phí t ng 4.5.1 Mục tiêu hiệu suất G1 = + 9(1 - ) 4.5.2  = min  = max Mục tiêu hệ số c ng suất cos  G2 = + 9(1 - cos) cos = cosmin 19 4.5.3 cos = cosmax Mục tiêu th tích nam ch m ( 4.5.4 ) 2=1 Snc = Smin =1 Snc = Smax Hàm chi phí t ng = 10 ọ – 2– 2– 2 W1, W2, W3 ọ 4.6 Kết qu chư ng trình tối ưu ng 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 q Wf Lm Wm Cost 1.234mm 1.28mm 1.186mm 1.923mm 1.538mm 1.56mm 1.299mm 1.657mm 1.801mm 1.582mm 1.354mm 1.965mm 1.986mm 2.746mm 2.631mm 2.648mm 2.65mm 3.004mm 2.925mm 2.696mm 2.62mm 2.876mm 2.775mm 2.666mm 2.696mm 2.524mm 65.48mm 66.33mm 65.51mm 74.21mm 66.99mm 64.39mm 71.86mm 73.84mm 66.47mm 66.56mm 68.21mm 72.1mm 73.22mm 0.83757 0.8366 0.83609 0.82746 0.82598 0.82571 0.82062 0.81275 0.80984 0.80806 0.79472 0.79082 0.77591 4.7 Ki m tra lại kết qu tối ưu f = (mm); Lm = (mm); Wm = 71 (mm) = 1,986 (mm); Lm = 2,524 (mm); Wm = 73,22 (mm) f ( ) ( ) 4.7.1 Mật độ t th ng sức điện động c m ứng nh ướ nh thông 20 nh ướ ù g 2 (Lm m m 22 m ơ 4.7.1 ẽ Hiệu n ng ẽ q ẽ trình độ q 22 ù q q ú ơ nh ướ nh nh ướ ướ 21 Hiệu n ng 4.7.2 trình ác lập nh 10 ướ l nh  sau     ơ       KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ q 1. 2. q Bts = ksmBm ; Btr = krmBm ; ; ; ; ;   1. 3. ( ) {  √ 4. 5. 60034-30, Ansoft Maxwell 2D. h ng ki n ngh cho nh ng nghiên cứu ti p th o 1. ú q ú 2. 3. ù   22 DANH M C CÁC C NG TR NH Đ C NG BỐ C A LUẬN ÁN [1] [2] [3] Nguyen Vu Thanh, Bui Dinh Tieu, Pham Hung Phi and Nguyen Thanh Son (2013) An optimal combination of stator slots and rotor pole pairs in designing three-phase permanent magnet synchronous motors. Journal of Science & Technology, 8.2013, pp. 15 – 20. Nguyen Vu Thanh, Bui Dinh Tieu, Pham Hung Phi and Nguyen Thanh Son (2014) Computation of Air-Gap Flux Density of Three-Phase Line Start Permanent Magnet Synchronous Motors. Journal of Science & Technology, 4.2014, pp. 15 – 20. ễ ù ù X ề ĩ ự lướ  pp. 31 – 34, 41. [...]... 3.6 Kết luận q ọ ơ ơ F M q Visual 18 ơ Basic for Applica F M  ơ hi q q ơ F ơ ơ ơ CHƯƠNG 4: TỐI ƯU ĐỘNG CƠ LSPMSM 4.4 Tối ưu động c LSPMSM 5 kW ơ ơ  ơ q ơ ơ [7][26] 4.4.1 Nhiệm vụ tối ưu động c LSPMSM ơ ơ ng WQUATTRO 5kW q ơ q WEG [74]  WQUATTRO 0,9262 0,923  ơ q - Wf: Lm: Wm: 0,93 0,93 ơ ơ ắ a nam châm q ọ ú q ơ q ơ g ù 4.4.2 Kh i tạo kh ng gian tìm kiếm ng ơ ư Wf (mm) 1 Lm (mm) 2,5 Wm (mm) 40... thiết kế chi tiết động c LSPMSM 3.4.1 Thuật toán thiết kế điện t động c LSPMSM 2 ; : 22 ; nh 19 2 2 ; 2 ồ 11 nh 20 stator 12 nh 21 rotor 13 nh 22 14 nh 24 15 nh 25 nh 23 2 2 F q A: B: C: D: E: F: ướ 22 2 Wf 2 ù ơ , W1, Enc g ơ  1 1 1 dây W1 ơ H: I: J: 3.5 Kết qu kh o sát thực nghiệm ú ắ ơ q ơ ơ ơ 2 ọ ù –   1 1 ơ ơ ơ - ơ 2 2 -H ù q  ơ ơ  3.5.1 ơ ẽ Kết cấu động c thực nghiệm q ơ ắ ắ 16 3.5.2 Kết... 9 3.2 Kh o sát nh hư ng của kích thư c nam ch m đến mật độ t th ng kh h kh ng khí ù m q m q Lm 2,8 mm 3,8 mm 4,8 mm Bg 0,1407 T 0,1423 T 0,1424 T 2 m g q m q nh 13 nh 14 g Lm nam châm Wm 3.3 Xác đ nh điều kiện thiết kế đ động c LSPMSM có hệ số cos  1 3.3.1 Điều kiện đ động c có hệ số cos  1 d: q: m ơ q ( ) ( g ) q (3.35) (3.36)  ơ ( : ) { (3.47) √ 3.3.2 Kết qu kh o sát ơ 22 1 ắ q P 2 1 2 2 ơ... nh ng nghiên cứu ti p th o 1 ú q ú ơ 2 3 ơ ù ơ ơ 2   22 DANH M C CÁC C NG TR NH Đ C NG BỐ C A LUẬN ÁN [1] [2] [3] Nguyen Vu Thanh, Bui Dinh Tieu, Pham Hung Phi and Nguyen Thanh Son (2013) An optimal combination of stator slots and rotor pole pairs in designing three-phase permanent magnet synchronous motors Journal of Science & Technology, 8.2013, pp 15 – 20 Nguyen Vu Thanh, Bui Dinh Tieu, Pham Hung... 73.22mm 0.83757 0.8366 0.83609 0.82746 0.82598 0.82571 0.82062 0.81275 0.80984 0.80806 0.79472 0.79082 0.77591 4.7 Ki m tra lại kết qu tối ưu f = 1 (mm); Lm = 5 (mm); Wm = 71 (mm) = 1,986 (mm); Lm = 2,524 (mm); Wm = 73,22 (mm) f ơ ( ) ( ơ ) 4.7.1 Mật độ t th ng và sức điện động c m ứng nh ở ướ ư nh thông ở ư 20 nh ướ ư ơ ơ ù ơ g 2 2 (Lm m 2 2 ơ m 22 m ơ ơ ơ ơ 4.7.1 ẽ Hiệu n ng ẽ q ẽ ơ quá trình quá... = min  = max Mục tiêu về hệ số c ng suất cos  2 G2 = 1 + 9(1 - cos) cos = cosmin 2 19 4.5.3 cos = cosmax Mục tiêu về th tích nam ch m ơ 2 ( 4.5.4 ) 2=1 Snc = Smin =1 Snc = Smax Hàm chi phí t ng = 10 ọ ơ – 2– 2– 1 2 2 W1, W2, W3 ọ 4.6 Kết qu chư ng trình tối ưu ơ ng ư q Wf 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 Lm Wm Cost 1.234mm 1.28mm 1.186mm 1.923mm 1.538mm 1.56mm 1.299mm 1.657mm... 3.5.2.2 Sức điện động q ọ F ơ ơ ơ q q ng (Enc) 46,2 (V) 45,7 (V) F 63,9 (V) 63,1 (V) ơ 2 ơ 2  oscillo: nh 27 ll nh l 28 – ư – ư  oscillo: nh 29 ll q nh l 30 2 ú 2 ơ q 2 ơ ù 17 2 ơ ơ ơ ơ 3.5.2.3 Điện áp và 2 ng điện 1) 2,73 (A) 2,8 (A) F ơ 1,43 (A) 1,52 (A) 2 ơ 2 ơ ù 2  ơ m oscillo: nh 31 nh 32 ll l – ư l – ư  ll nh 33 nh 34 ll ớ 2 ơ ơ 2 3.6 Kết luận q ọ ơ ơ F M q Visual 18 ơ Basic for Applica... permanent magnet synchronous motors Journal of Science & Technology, 8.2013, pp 15 – 20 Nguyen Vu Thanh, Bui Dinh Tieu, Pham Hung Phi and Nguyen Thanh Son (2014) Computation of Air-Gap Flux Density of Three-Phase Line Start Permanent Magnet Synchronous Motors Journal of Science & Technology, 4.2014, pp 15 – 20 ễ ù ù 2 X ề ồ ĩ ử ở ự lướ  2 pp 31 – 34, 41 . 13 g  14 g   L m  nam châm W m 3.3   1 3.3.1 . Hng Phi Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tin sĩ cấp trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Vào hồi … giờ,. luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam 1 M U 1.      