Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)

Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài (Luận án tiến sĩ)

u c a riêng Các s li u, k t qu tính c cơng b b t c tốn trình bày Lu n án trung th cơng trình khác Hà N i, ngày T P TH c Hùng NG D N KHOA H C PGS TS Nguy tháng Nghiên c u sinh Lê Anh Tu n i hoàn thành lu n án này, tác gi c tiên bày t l i c sâu s c nh n hai th y giáo ng d n khoa h c tr c ti p c Hùng PGS TS Nguy n Anh dành nhi u công s c, th ng viên t ng d n nghiên c u sinh su t trình th c hi n lu n án Tác gi xin chân thành c tr nghiên c u sinh hoàn thi n lu n án Tác gi chân thành c th y, cô B môn Thi t b nn t , Vi n Vi ih ci h c Bách khoa Hà N om u ki nghiên c u sinh u ki n thu n l i nh t v th v t ch t trình th c hi n lu n án Tác gi Phòng T ch t om u ki n l ic ct o toàn th anh/ch ng ti T n l c - TKV công tác tác gi thu n l i v th i gian h c t p nghiên c u lu n án Tác gi trân tr ng c ph n ch t N om i u ki n cho tác gi công tác gia công ch t o m u th nghi m LSPMSM Tác gi trân tr ng c n Nghiên c u qu c t v Khoa h c & K thu t tính tốn u ki n thu n l i cho phép tác gi s d ph n m m ANSYS/Maxwell 2D th c hi n tốn mơ ph ng FEM cho LSPMSM Tác gi xin g i l i c vào s thành công c a lu n án i b n bè ng viên, v m i m t góp ph n Cu i cùng, tác gi dành l i c i b m , v ng viên h tr v v t ch t tinh th n cho tác gi nh t m i nh tác gi n tâm q trình nghiên c u, góp ph n không nh vào thành công c a lu n án Tác gi lu n án Lê Anh Tu n ii L i L IC ii M C L C iii DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T vi DANH M C CÁC B NG BI U xii DANH M C CÁC HÌNH M TH xiii U NG QUAN 1.1 L ch s phát tri n c a LSPMSM m c a LSPMSM m c a LSPMSM 1.4 Các nghiên c c th gi i v LSPMSM 1.4.1 Các nghiên c c 1.4.2 Các nghiên c u th gi i 1.5 K t lu n 13 C TÍNH KH NG C A LSPMSM 15 ng b t ng quát 15 2.2 Mơ hình tốn LSPMSM 18 2.3 Mô ph ng LSPMSM 21 2.3.1 Mơ ph ng LSPMSM t mơ hình tốn 21 2.3.2 Mô ph ng LSPMSM t ph n m m ng d ph n t h u h n 27 2.4 K t lu n 31 UT C TÍNH KH NG C A LSPMSM 33 3.1 Các y u t c tính kh ng c a LSPMSM 33 3.1.1 ng bão hòa m ch t nc mt ng b d c tr c ngang tr c Lmd, Lmq 33 3.1.2 ng c a hi u ng m t 53 3.1.3 ng c a bão hòa m ch t 3.1.4 ng c a nhi 3.1.5 ng c a tính ch t t i 66 n kháng t n stato, rôto x1 60 64 iii 3.2 T ng h p y u t c tính kh ng c a LSPMSM 69 3.2.1 Mơ hình tốn c a LSPMSM xét ng c a bão hòa m ch t hi u ng m t 69 MATLAB/Simulink v i m ch t hi u ch xu t 71 3.2.3 K t qu mô ph ng 74 3.2.4 So sánh k t qu mô ph ng v ng h xu t n t h u h n 76 3.3 Kh o sát n ch ng c NCVC c tính kh ng LSPMSM l a c NCVC LSPMSM 2,2 kW 80 3.3.1 LSPMSM v dày NCVC khác 81 3.3.2 LSPMSM v i b r ng NCVC khác 84 3.3.3 L a ch 3.4 K t lu c NCVC cho LSPMSM 2,2 kW 87 87 C NGHI T QU 89 4.1 Gi i thi u chung 89 4.2 ng d ng LabVIEW Card NI USBn t kh ng LSPMSM 89 4.2.1 Gi i thi u ph n m m LabVIEW 89 ng NI USB-6009 91 4.3 Mơ hình thí nghi m LSPMSM 92 n 92 LSPMSM 93 4.4 LSPMSM 2,2 kW th c nghi m 95 4.4.1 C u hình rơto LSPMSM 95 4.4.2 Gia công NCVC 95 4.4.3 Hồn thi n rơto 96 4.4.4 L p ráp LSPMSM 96 4.4.5 Bàn th nghi m LSPMSM 97 4.5 K t qu mơ ph c tính t n kh ng LSPMSM ch không t i 98 n kh c tính t 4.6 K t lu kh ng 98 ng 99 101 K T LU N VÀ KI N NGH 102 iv TÀI LI U THAM KH O 103 Ti ng Vi t 103 Ti ng Anh 103 DANH M C A LU N ÁN 109 PH L 110 PH L C A 110 PH L C B 130 PH L C C 137 v A Wb.m-1 Ag m2 Am m2 Asy m2 Ast m2 Ary m2 Ary1 m2 Ary2 m2 Art a a1 B B m2 m Tesla Tesla Bg Tesla Br Tesla Bsy Tesla Bst Tesla Bry Tesla Bry1 Tesla Bry2 Tesla Brt Tesla Bs b b41 Tesla m m b42 m Cbh C1 C2 c c' cv m m vi D Dn D' Dt m m m m d m m m d1 m d2 E0 f f2 m V Hz Hz Fds A Fg A Frt A Fst A Fsy A Fqs A Fry A Fry1 A Fry2 A Fztb FEM f g, g' g"d A Hz m m m g"q m Hc A/m Hsy A/m Hst A/m Hry A/m Hry1 A/m Hry2 A/m hr2 m hm IM m Dv d NCVC sinh ds qs to vii IPM I A ids A iqs A In A Inbh A Ik ia , ib , ic A JR A kg.m2 =1 s=1 Mơmen qn tính rơto kC K k kd1 i stato kdq1, kW k k k kfq kfd kFe k L(s) k R(s) kbh kbhx1 kbhx2 krl ky1 LSPMSM LPM Ld H Lq H Lls H Lmd H Lmq H lr H r0 H viii r2 H r2~ H lm m l1 m l2 m l1 m l m lsy m lst m lry m lry1 m lry2 m m NCVC n PMSM P vg/ph Pout W Pg Wb/A.vg Pm p Rg Wb/A.vg Rbm A.vg/Wb Rm0, Rm A.vg/Wb Rmm A.vg/Wb Rml A.vg/Wb Rry A.vg/Wb Rry1 A.vg/Wb Rry2 A.vg/Wb Rst A.vg/Wb Rsi M ài stato W ê A.vg/Wb NCVC Bán kính lõi thép stato r1 ato r2 r'2 s=1 rn ix rtd r'td td~ rv r'v Sr2 m2 Std m2 Sv s M m2 N.m M N.m t1 m t2 m uas, ubs, ucs V Mômen ur xad xaq xd xq x1 x1bh x2 x'2 r2 x'2 bh s=1 xn xn bh w1, Nph Vòng wm m Vm m3 Z2 Z1 s=1 zn bão hòa zn x g - chi u dài khe h khơng khí 0,5 mm Ag - ti t di n h u ích c a khe h khơng khí Theo [71], [29] Ag r1.l2 p - t l gi a cung c c c c, = 0,97; r1 - bán kính stato, r1 = 52 mm; l2 - chi u dài lõi thép rôto, l2 = 70 mm Ag 52.10 3.70.10 0,97 r l p 5,5.10 (m ) - T tr khe h không khí: Rg 1, 25.0,5.10 .10 7.5,5.10 k C g A g 8,97.104 - T tr kh i nam châm: lm R m0 rec A m lm: Chi u dày c a NCVC, lm = mm; rec t th i c a NCVC, rec = 1,05; Am di n tích c a NCVC Am = wm.l2 = 34.10-3.70.10-3 = 2,31.10-3 (m2) - T tr khe h barrier t R ml u c c NCVC: 4.d h2 ) l r (h1 d = 3,5 mm; h1 = 5,5 mm; h2 = mm R ml - - 4.d h2 ) l r (h1 R m0 1, 23.105 1, 7.106 R m0 R ml 1, 7.106 2,1.107 Rg 4.3,5.10 .10 7.70.10 3.(2 5,5).10 0,0547 0, 0773 132 2,1.107 1/ A B 2.( m ).( r ) A bdg Bs - Abdg = t.lr, t - chi u dài kho ng c u n i, t = mm, Abdg = × 70 = 1,4.10-4 (m2); Bs - m t thơng bão hòa c a lõi thép rơto (Thép B50-A800), Bs = 1,88 T; Br - m t a NCVC, v i NCVC NdFeB-N35 Br = 1,2 T 1/ A B 2.( m ).( r ) A bdg Bs -M 1/ 0, 0547 2.0.0773 1, 231 2,31.10 1, 2 1, 4.10 1,88 t thơng khe h khơng khí: Bg C (1 .Br ) (1 ) 2,31/ 5,5 1, 0,3752T 0, 0547(1 2.0, 0773 4.1, 231) Bg t - Am / Ag Br n m t c c NCVC sinh ra: Ds lr sin( / 2).Bg p M1 - T ng t thơng móc vòng cu n dây stato NCVC sinh [72]: k W N ph M 4.D.lr k w1.N ph ( ).sin( ).Bg p M1 4.104.10 3.70.10 M -S ct ( 0,902.312 0,97 ).sin( ).0,3752 0, 48 2 ng không t i NCVC sinh [29]: E0 k w Nph M1 f 2 f M 50.0, 48 109 V B.3 Ld, Lq n kháng t hóa d c tr c ngang tr c trình làm vi c [71] xd x ad x1 - i n kháng t x ad : D = 104 (mm) - ng b d c tr c nh [71]: D.lr f (k w1.N ph ) 2 " p g d ng kính c a stato; 133 nh c a l2 = 70 (mm) - chi u dài lõi thép rôto; f = 50 (Hz) - t n s ngu n c p; p = - s c p c c; Nph = w1 = 312 - s vòng dây n i ti p m t pha stato; kW1 = 0,902 - h s dây qu n stato; gd - chi u dài khe h khơng khí theo tr i g k1.k ad P m R g gd k1ad kC h s khe h khơng khí (k ), kC = 1,25 sin( ) k1ad k1 sin( ) 0,97 sin( rec Pm 0,97 ) 1, 272 H s t d n c a NCVC: rec A m Pm lm t th rec = 1,05 -7 = .10 lm = (mm) chi Am sin(0,97 ) i c a NCVC NdFeB-N35 t th m chân không wm = 34 (mm) l2 = 70 (mm) w m l2 34.70 2380 (mm2 ) Am lm 1,05.4 .10 7.2,38.10 5.10 3 6,1.10 T tr khe h khơng khí Rg: A g Pg Rg g' Ag r1 Ag r1.l p D1 104 52 (mm) r1.l 0,97 .52.70 5,55.10 (m ) p 134 Rg Pg A g g .10 7.5,55.10 0, 625.10 3 1,115.10 Rg = 8,97.104 g k1.k ad P m R g gd k1ad - 0,625.10 1, 272.0, 656 1 6,1.10 7.8,97.104 2,98 10 x ad D.l.f (k w1.N ph ) 2 p g d x ad 6.4 .10 7.104.10 3.70.10 3.50 (0,902.312) 18, 21 ( ) 2,98.10 nc mt ng b d c tr c: Lmd - x ad .f 18, 21 .50 0, 0579 (H) ng b : xd x = x1 x ad x n kháng t n dây qu n stato ng b , x1 ng b d c tr c: xd x ad x nh Ph l c A 18, 21 4,1 22,31 ( ) [71] x aq D.l.f (k w1.N ph ) p g"q : gq g k1aq Theo [71] sin( ) k1aq 0, 625 0,94 0,97 sin(0,97 ) 0,94 gq g k1aq x aq D.l.f (k w1.N ph ) 2 " p g q x aq 6.4 .10 7.104.10 3.70.10 3.50 (0,902.312) 2 0, 665.10 0, 665 (mm) 135 81, 73 ( ) n c m t hóa ngang tr c: ng b ngang tr c: 136 C md, Lmq C.1 TÍNH TỐN C Lmq stato : hg1 - chi u cao gông stato, hgs = 16 mm; l1 - chi u dài stato: l1 = 70 mm Asy h g1.l1 16.70 1,12.10 m2 Lsy chi thông gông t stato Lsy R so (R si h r1 ) Rso - bán kính ngồi lõi s t stato, Rso = 85 mm; Rsi - bán kính lõi s t stato, Rsi = 52 mm; hr1 - chi u cao th c t r1 = 17 mm Lsy R so R si h r1 / 85.10 52.10 17.10 t rôto A ry d r1 R ).l2 7,5 32,5.0.785 ( ).70 1.16.10 ( m2 Theo tính tốn lry = wm/2 = 34/2 = 17 mm Ag R si L1 2p Rsi bán kính stato, Rsi = 52 mm Ag R si l2 / 2p 52.10 3.70.10 / 2,8.10 m 2.2 137 / 60,5 mm lrt = hr2 = 19 mm 1.8 Bsy A g Bg A sy 1.9 Bsy A g Bg A ry 1.10 Bz1 t1 - Bg l1 t1 Bg t1 b z1.l1 k c b z1.k c c rãnh stato, t1 m c A, t1 = 9,07 mm; kc - h s ép ch t lõi s t, kc = 0,97; bz1 - b r b 'z1 (D 2.h 41 d1) d1 Z1 ng kính stato, D = 104 mm; h41 = 0,5 mm; d1 = mm; Z1 s rãnh stato, Z1 = 36 b 'z1 (104 2.0,5 5) 4, mm 36 b ''z1 [ D 2.(h 41 h12 )] d2 Z1 h12 = 11,42 mm; d2 = 6,5 mm b ''z1 [ D 2.(h 41 h12 )] d2 Z1 [104 2.(0,5 11, 42)] 6, 25 4,9 mm 36 138 B r b z1 bz1 bz1 4,6 4,9 4,75 H s z1 bz1 t1 4, 75 9, 07 h 'z1 h r1 d2 17, 02 Bg l2 t Bg t b z2 l2 k c b z2 k c 0,52 Chi 6,5 14,85 mm 1.11 Theo [11] Bz2 t2 - c rãnh rôto, t2 2, t2 = 11,55 mm; kc - h s ép ch t lõi s t, kc = 0,97; bz2 - b r b 'z1 1/3 chi ng .(D' d1 2.h 42 ) d2 Z2 = 103 mm; d1 = 5,5 mm; h42 = 0,5 mm; Z2 s rãnh rôto, Z2 = 28 b 'z1 b ''z2 (D' d1 2.h 42 ) d1 Z2 (103 5,5 2.0,5) 5,5 5,32 mm 28 (D' 2.h r2 d ) d2 Z2 hr2 = 19 mm; d2 = 2,5 mm b ''z2 (D' 2.h r d ) d2 Z2 (103 2.19 2,5) 2, 5, 07 mm 28 139 b z2 b 'z2 b ''z2 5,32 5,07 5, mm H s z2 bz2 t2 5, 11,55 h 'z2 h r2 d2 0, 45 Chi 19 2,5 18,17 mm 1.12 Fg Bg g e 1.13 Fsy = B_H_G(Bsy).Lsy 1.14 Fsy = B_H_R(Bst).Lst 1.15 Fry = B_H_G(Bry).Lry 1.16 Fry = B_H_R(Brt).Lrt T 2.1 H MATLAB B-H B50_A800 140 2.2 mq 141 C md C Lmd hg1 - chi u cao gông stato, hgs = 16 mm; ls - chi u dài stato: ls = 70 mm hg1.ls 16.70 1,12.10 m2 Asy D1 ng kính lõi thép stato, D1 = 104 mm; hr1 - chi u cao rãnh stato, hr1 = 17,02 mm; hg1 = 16 mm lsy (D1 h r1 h g1 / 2) / (2.4) (104 17, 02 16 / 2) / 50, mm 1.3 D hai a) ry1 - Ti t di n trung bình Ary1 r2 ng kính lõi s t khơng k A ry1 32,5 mm .r2 l 2.p.2 0,97 - Chi u dài .32,5.10 70.10 1,39.10 m 2.2.2 ng L ry1 = thông thành ph n m t (h1 + h ) 142 h1 = 2,08 mm; h2 = 7,5 mm Lry1 = b) (2.08 + 7.5) = 4,79 mm ry2 - Ti t di n trung bình Ary1 Ary2 h ry2 ls hry2 = wm/2 = 17 mm - Chi u dài thông thành ph n hai nh chi u dài trung bình Lry2 = 8,47 mm 1.4 Rsi: bán kính stator, Rsi = 52 mm 1.5 lst (h r1 h g1 / 2) (17,02 16 / 2) 25 mm 1.6 lrt = hr2 = 19 mm 1.7 Am = wm lr = 1, 26.10- m 2 1.8 Ag Bg Bsy 1.9 Asy trung bình Bry1 Ag Bg A ry1 143 1.10 trung bình hai Ag Bg Bry2 A ry2 h z2 d2 h r2 19 2,5 18,17 mm 1.11 Bst = A g Bg l st 1.12 Brt = A g Bg l rt 1.13 Theo Miller [71] ph nc t thêm thành ph n barier t , t ng h p thành giá tr Bgm = A g Bg Am 1.14 Fg Bg ge 1.15 Fsy = B_H_G(Bsy).Lsy 1.16 Fst = B_H_R(Bst).Lst 1.17 Fry1 = B_H_G(Bry1).Lry1 1.18 Fry2 = B_H_G(Bry2).Lry2 1.19 Frt = B_H_R(Brt).Lrt 1.20 Fg Bg g e 1.21 Theo Miller, t d n ph n barier t Pm0 = m0 (h1 + h ).ls 2.d 144 , lúc giá tr Am ph i xét m T 1, h2 c c a thông s barier t , lslà chi u dài lõi thép rôto T d n ph n NCVC Pm1 = mrec m0 A m ge T d n t ng ph n NCVC barrier t S ct Pm = Pm0 + Pm1 ng kh i NCVC Fm = A g Bg Pm 1.22 I MATLAB md 145 146 ... tốn ids có xét ng c a bão hòa hi u ng m t ngồi 72 Hình 3.45 kh i tính tốn iqs có xét ng c a bão hòa hi u ng m t ngồi 73 Hình 3.46 kh hi u ng m t ngồi qr dr, Lls, r có xét ng c a bão hòa ... Hình 3.47 kh dr xét ng c a bão hòa hi u ng m t ngồi 74 Hình 3.48 kh qr xét ng c a bão hòa hi u ng m t ngồi 74 Hình 3.49 c tính kh ng LSPMSM có xét ng c a bão hòa hi u ng m t ngoài, J = JR ... s có xét kh i MATLAB/Simulink mơ ph ng LSPMSM ng c a bão hòa hi u ng m t ngồi 71 Hình 3.43 M t s kh i tính tốn ids, iqs, idr, iqr xét ng bão hòa hi u ng m t 72 Hình 3.44 kh i tính