Nghiên cứu cải thiện đặc tính lực của động cơ không đồng bộ ba pha tuyến tính

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -  - TRƯƠNG MINH TẤN NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH LỰC CỦA ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA TUYẾN TÍNH Chuyên ngành: Thiết bị điện Mã số: 62.52.50.01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thế Công PGS.TS Lê Văn Doanh Hà Nội - 2013 ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình tơi Tất ấn phẩm công bố chung với cán hướng dẫn khoa học đồng nghiệp đồng ý tác giả trước đưa vào luận án Các kết luận án trung thực, chưa công bố sử dụng để bảo vệ luận án khác Tác giả luận án Trương Minh Tấn iii LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu đề tài, tác giả gặp nhiều khó khăn Một mặt trình độ cịn hạn chế, mặt thiếu thông tin tư liệu tài liệu tham khảo, song giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, giúp đỡ GS, PGS, TS Bộ môn Thiết bị Điện – Điện Tử, trường Đại học Bách khoa Hà Nội, giúp đỡ tận tình bạn bè đồng nghiệp, luận án đến hoàn thành Tác giả chân thành cảm ơn khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn dành thời gian tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả thời gian học tập nghiên cứu Chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện làm việc Bộ môn Thiết bị Điện – Điện Tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội dành cho nghiên cứu sinh suốt trình nghiên cứu, thực luận án Chân thành cảm ơn Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội tận tình giúp đỡ động viên tác giả thời gian nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả vô biết ơn thầy giáo TS Nguyễn Thế Công, PGS.TS Lê Văn Doanh, người định hướng, hướng dẫn, giúp tác giả hoàn thành nhiệm vụ đặt cho luận án Chân thành cảm ơn GS, PGS, TS, thầy cô giáo dành thời gian đọc đóng góp ý kiến q báu làm luận án có tính khoa học Cuối xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình, người thân, đồng nghiệp dành tình cảm, động viên giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn để hồn thành luận án Tác giả luận án Trương Minh Tấn iv MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa ……………………………………………………… i Lời cam đoan ……………………………………………………… ii Lời cảm ơn ………………………………………………………… iii Mục lục …………………………………………………………… iv Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt …………………………… viii Danh mục bảng biểu …………………………………………… xii Danh mục hình vẽ, đồ thị ……………………………………… xiv Mở đầu …………………………………………………………… 1 Tính cấp thiết đề tài ……………………………………… Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài …………………… Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu ………………… Phương pháp nghiên cứu …………………………………… Nội dung luận án ………………………………………… 6 Dự kiến kết nghiên cứu ………………………… Chương 1: Tổng quan tình hình nghiên cứu phương pháp nghiên cứu động điện tuyến tính nay……………… 1.1 Giới thiệu chung động tuyến tính …………………… 10 1.2 Tình hình nghiên cứu động điện tuyến tính giới 13 1.3 Tình hình nghiên cứu động điện tuyến tính nước… 21 1.4 Đề xuất hướng nghiên cứu tác giả ……………………… 22 Kết luận chương ……………………………………………… 23 Chương 2: Khái quát chung kiến thức thuật tốn thiết kế động khơng đồng ba pha tuyến tính đơn biên …… 24 2.1 Đặt vấn đề…………………………………………………… 24 2.2 Cơ sở lý thuyết chung ……………………………………… 26 v 2.2.1 Vận tốc dài đồng ………………………………… 26 2.2.2 Hệ số trượt …………………………………………… 27 2.2.3 Sức điện động cảm ứng ……………………………… 27 2.2.4 Mơ hình động KĐB tuyến tính đơn biên thiết kế …… 28 2.2.5 Dây quấn ……………………………………………… 30 2.2.6 Mơ hình mạch điện tương đương …………………… 33 2.2.7 Các thành phần lực động …………………… 36 2.2.8 Hiệu suất 38 2.3 Thuật tốn thiết kế động KĐB ba pha tuyến tính đơn biên không xét đến thành phần hiệu ứng ……………… 38 2.4 Kết tính tốn cụ thể …………………………………… 40 Kết luận chương ……………………………………………… 43 Chương 3: Xây dựng mơ hình thực nghiệm động khơng đồng ba pha tuyến tính đơn biên …………………………………… 44 3.1 Xây dựng mơ hình thực nghiệm …………………………… 44 3.2 Thí nghiệm mơ hình …………….…………………… 47 3.2.1 Đo vận tốc động encoder ….…………… 47 3.2.2 Đo lực mơ hình thực nghiệm …… ……………… 49 3.2.3 Đặc tính động cơ……… …… ……………… 51 Kết luận chương ……………………………………………… 54 Chương 4: Xây dựng mơ hình trường động khơng đồng ba pha tuyến tính đơn biên ……………………………………… 55 4.1 Đặt vấn đề ………………………………………………… 55 4.2 Cơ sở lý thuyết trường điện từ ………………………… 56 4.2.1 Hệ phương trình Maxwell …………………………… 56 4.2.2 Thiết lập mơ hình – phân loại mơ hình ……………… 58 4.3 Mơ hình trường điện từ động KĐB tuyến tính … 60 vi 4.4 Phương pháp giải tốn theo mơ hình trường điện từ … 62 4.5 Ứng dụng phần mềm phần tử hữu hạn FEMM để giải tốn trường động KĐB tuyến tính ……………… …… 64 4.5.1 Vài nét phần mềm FEMM 64 4.5.2 Xây dựng mơ hình trường động KĐB tuyến tính đơn biên phần mềm FEMM ………………… 65 4.5.3 Nghiên cứu từ trường động KĐB tuyến tính thiết kế ………………………………… 68 4.5.4 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố đến đặc tính lực 77 động KĐB tuyến tính ………… 4.5.4.1 Ảnh hưởng độ rộng khe hở khơng khí ……… 77 4.5.4.2 Ảnh hưởng độ dày nhơm phía thứ cấp … 79 4.5.4.3 Ảnh hưởng cấu trúc rãnh lõi thép … 80 4.5.4.4 Ảnh hưởng độ rộng lõi thép phần sơ cấp …… 82 4.5.4.5 Ảnh hưởng dòng điện đặt vào dây quấn sơ cấp…………………………………………………… 83 4.5.4.6 Ảnh hưởng tính chất vật liệu làm dẫn điện …………………………………………………… 84 4.5.5 So sánh lực theo mô hình trường mơ hình mạch … 85 Kết luận chương ……………………………………………… 87 Chương 5: Xây dựng thuật toán thiết kế tối ưu động không đồng ba pha tuyến tính đơn biên đảm bảo lực giảm thiểu ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối dòng xốy ……………… 89 5.1 Mơ hình mạch điện tương đương động KĐB tuyến tính có xét đến thành phần hiệu ứng đầu cuối dịng xốy 91 5.2 Đánh giá ảnh hưởng số thông số thiết hệ số hiệu ứng đầu cuối ……………………………… 94 vii 5.3 Xây dựng thuật toán thiết kế tối ưu thông số động theo giá trị lực yêu cầu có xét đến yếu tố cực tiểu hệ số kHU …… 101 5.3.1 Phương pháp thành lập toán ……………………… 101 5.3.2 Thành lập toán thiết kế tối ưu …………………… 102 5.3.3 Lựa chọn phương pháp giải 107 5.3.4 Xây dựng thuật toán thiết kế tối ưu ………………… 107 5.3.5 Kết ……………………………………………… 111 5.3.6 Tính kiểm tra lại mơ hình FEM 2D ……………… 116 5.4 Tổng hợp kết tính tốn bàn luận ……………… 118 Kết luận chương ……………………………………………… 119 Kết luận …………… ……………………………………………… 121 Danh mục cơng trình công bố luận án ………………… 123 Tài liệu tham khảo ………………………………………………… 124 Phụ lục 1: Một số hình ảnh mơ hình thực nghiệm 131 Phụ lục 2: Khảo sát từ trường tản phần thứ cấp động KĐB ba pha tuyến tính ………………………………………… 134 Phụ lục 3: Sự tương đương thành phần dòng điện ngang trục Ids dòng điện từ hóa Im 137 viii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bảng 1: Danh mục ký hiệu Ký hiệu Tên gọi λ Bước δ Độ rộng khe hở khơng khí δ0 Độ rộng khe hở khơng khí từ tính δe Độ rộng khe hở khơng khí thực tế μ0 Độ từ thẩm khơng khí cu Điện trở suất đồng Al Điện trở suất nhôm η Hiệu suất  Góc lệch pha điện áp dịng điện τ Bước cực ω Tốc độ góc p Bước dây quấn a Chiều rộng rãnh b Chiều rộng bmin Chiều rộng nhỏ Bgmax Mật độ từ thông gông lớn Brmax Mật độ từ thông lớn Bδmax Mật độ từ thông lớn khe hở không khí Bδtb Mật độ từ thơng trung bình khe hở khơng khí d Độ dày nhơm Dw Đường kính dây dẫn e1 Sức điện động cảm ứng pha phần sơ cấp E1 Trị hiệu dụng sức điện động cảm ứng pha phần sơ cấp ix f Tần số Fs Lực điện từ Gcu Trọng lượng đồng dây quấn phần sơ cấp Gfe Trọng lượng thép phần sơ cấp Gsc Trọng lượng phần sơ cấp hg Chiều cao gông hr Chiều cao rãnh I1 Dòng điện pha phần sơ cấp I’2 Dòng điện pha phần thứ cấp qui đổi phần sơ cấp Im Dịng điện từ hóa j1 Mật độ dịng điện dây quấn phần sơ cấp kc Hệ số Carter (hệ số khe hở khơng khí) kd Hệ số quấn rải kp Hệ số bước ngắn kHU Hệ số đánh giá mức độ tác động hiệu ứng kw Hệ số dây quấn lce Chiều dài phần đầu nối Ls Chiều dài phần sơ cấp lw Chiều dài dây quấn pha phần sơ cấp Lw Chiều dài dây quấn phần sơ cấp m Số pha n Số dây dẫn song song nr Số dẫn rãnh 2p Số cực P2 Công suất đầu P1 Công suất đầu vào q1 Số rãnh pha cực x R1 Điện trở tác dụng pha dây quấn phần sơ cấp R’2 Điện trở tác dụng pha phần thứ cấp qui đổi phần sơ cấp s Hệ số trượt Sr Diện tích rãnh Swr Tổng tiết diện dây đồng U1 Điện áp hiệu dụng pha phần sơ cấp Vr Vận tốc dài chuyển dịch phần động Vs Vận tốc dài đồng từ trường chạy w1 Số vòng dây pha Ws Độ rộng lõi sắt phần sơ cấp X1 Điện kháng tản dây quấn phần sơ cấp Xm Điện kháng từ hóa y Bước dây quấn 126 [18] Del Toro, V (1985) Electric Machines and Power Systems PrenticeHall, Inc.,Englewood Cliffs, New Jersey [19] Dr Ferenc Tóth - Norbert Szabó (2001) Computing the force of linear machines using finite-element analysis Workshop on electrical machines' parameters Technical University of Cluj-Napoca, 26th, pp.41-46 [20] Dr Henry Liu (2004) Feasibility of using Pneumatic capsule pipelines in New York City for Underground Freight Transport Paper for presentation at ASCE pipeline Conference, San Diego, California, Aug 1-4, 2004 [21] FANG You-tong, FAN Cheng-zhi (2007) Single neuron network PI control of high reliability linear induction motor for Maglev ISSN 1009-3095, Journal of Zhejiang University SCIENCE A, pp 408-411 [22] G Kang and K Nam (2005) Field oriented control scheme for linear induction motor with the end effect IEE Proc.-Electr Power Appl., Vol 152, No 6, pp 1565 – 1572 [23] Gieras J.F (1994) Linear Induction Drives Book, Oxford University Press, Inc., New York [24] Gorazd Hmberger, Mehmet Timur Aydemir, Thomas A Lipo (2008) Design and Comparison of Linear Synchronous Motor and Linear Induction Motor for Electromagnetic Aircraft Launch System Institute of Tehnology and Management; IEEE Xplore , pp.494-500 [25] Haidong yu (2007) High grade control of linear induction motor drives Ph.D Dissertation, The University of Texas at Arlington [26] H Wayne Beaty James, L Kirtley (1998) Electric motor handbook The McGraw – Hill companies, the United States of America [27] Hisashi Yajima, Hiroyuki Wakiwaka (1997) Optimum design of a longstroke thin linear DC motor Electrical engineering in Japan, Vol.118, No.4, pp.84-93 127 [28] Isuwat Plodpradistha (2002) Study of Tubular Linear Induction Motor for Pneumatic Capsule Pipeline system Ph.D Dissertation, Department of Electrical Engineering, University of Missouri- Columbia [29] J Duncan and C Eng (1983) Linear induction motor equivalent circuit model Proc.IEE, Vol.130, No 1, pp.51-57 [30] Jacek F Gieras, Zbigniew J.Piech (2000) Linear synchronous motors Book, CRC press, the United States of America [31] J.H Sung, K Nam (1999) A New Approach to Vector Control for a Linear Induction Motor Considering End Effects IEEE IAS annual meeting, pp.2284-2289, 1999 [32] Kokichi Ogawa and Tsuyoshi Higuchi (2007) 3D Numerical Analysis and Test Results of a Short-Primary Linear Reluctance Motor Electrical Engineering in Japan, Vol 161, No 1, pp.58 -65 [33] Koseki, Takafumi (1991) Flux synthesizing linear induction motor Department of electrical engineering the university of Tokyo [34] L El Amraoui Outii, M Benrejeb (2007) Microstepping Approach Developed for Linear Switched Reluctance Step Actuators Presenting Edge Effects International Review of Electrical Engineering (IREE) Vol.2, No.5, pp.723-729 [35] M A Nasr Khoidja, B Ben Salah (2007) Design, Modelling and Control of a Linear Induction Motor International Review of Electrical Engineering (LR.E.E.), Vol No 3, pp.414-424 [36] M Mirsalim, A Doroudi, and M b Menhaj (2004) Simple analytical functions for the equivalent circuit parameters of linear induction motors Iranian Journal of Science & Technology, Vol.28, No.B3, Printed in Islamic Republic of Iran 128 [37] Motomi Odamura (1985) Upwind finite element solution for saturated traveling magnetic filed problems Electrical engineering in Japan, Vol 105, No.4, pp.126 – 132 [38] Nasar S.A and Boldea (1987) Linear Electric Motors Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey [39] Nobuo Fujii, Toshiyuki Hoshi, Yuichi Tanabe (2004) Methods for improving efficiency of Linear Induction Motor for urban transit JSME international Journal, Series C, Vol.47, No.2 [40] Rolf Hellinger, Transportation: Peter Mnich (2009) Linear History, Present Status, and Motor-Powered Future Outlook Proceedings of the IEEE, Vol 97, No 11, pp 1892 – 1990 [41] Sakutaro Nonaka (1998) Slot harmonics and end effect of high speed linear induction motor Electrical engineering in Japan, Vol.108, No.4, pp.104-112 [42] Samuel Chevailler (2006) Comparative study and selection criteria of linear motors Programme doctoral en systèmes de production et robotique, Suisse, EPFL [43] Sandeep Bala (2002) Analysis of a Linear Induction Motor with doublesided primary and sheet secondary B.tech seminar report, pp.1-8 [44] Sang-Baeck Yoon, Jin Hur (1997) A method optimal of single sided linear induction motor for transit IEEE Trans On magnetics, Vol.35, No.3, BR-04 [45] Sarveswara prasad bhamidi (2005) Design of a single sided linear induction motor using a user interactive computer program A Thesis presented to the faculty of the Graduate School University of MissouriColumbia 129 [46] T Sadauskas, A Smilgevičius (2007), Z Savickienė Distribution of Magnetic Field of Linear Induction Motor ISSN 1392–1215, Electronics and electrical engineering, Nr 4(76) 63-66 [47] Takahiro Yamada, Keisuke Fujisaki (2009) Application of Linear Induction Motor for Tension Supply and Heating to Thin Sheet Steel Electrical Engineering in Japan, Vol.168, No.2, pp.38-47 [48] Tatsumi Utusmi (1990) Thrust/input power ratios and size of annular linear induction motor Electrical engineering in Japan, Vol.110, No.3, pp.115-120 [49] Urban Maglev Technology Development Program Colorado Maglev Project (2004) Comparison of Linear Synchronous and Induction Motors Report Number: FTA-DC-26-7002.2004.01 [50] Viet Nam Hoang (2003) Design of a single sided linear motor Bachelor of electrical engineering project, School of information technology and electrical engineering, University of Queensland [51] Xiaolin Zhou (2006) Advanced Propulsion Systems for Linear Motion with High Performance Requirements A dessertation submitted to Oregon State University [52] Yasushi Fujishima and Shinji Wakao (2003) Surface Charge Analysis in Eddy Current Problems Electrical Engineering in Japan, Vol 145, No 1, pp.59-66 [53] Yuichiro Nozaki, Takafumi Koseki (2006) Analysis of linear induction motor for HSST and linear metro using finite difference method The University of Tokyo, Hongo 7-3-1, Bunkyo, Tokyo 113-0033, Japan [54] Yushi Kamiya (2002) Boundary structure for improving performances of single-sided linear induction motors Journal of applied physics, Vol.91, No.10, pp.6988 – 6990 [55].http://en.wikipedia.org/wiki/Linear_motor 130 [56].http://www.baldor.com/products/linear_motors.asp [57].http://www.todaysmachiningworld.com/the-line-on-linear-how-linearmotor-works/ [58] http://www.dost.hochiminhcity.gov.vn/web/vn/default.aspx?cat_id=414 _ &newsid=3422 [59] http://motionsystemdesign.com/linear-motion/linear-motors-leadingrevol ution-20100301/ [60] http://www.packagingdigest.com/article/512145- Linear_Motor_ Benefits _ in_ Systems_Design.php [61].http://www.memagazine.org/backissues/membersonly/march98/features/ linear/linear.html [62] http://www.hiendaihoa.com/Co-khi-May-moc/Giai-phap-Ung-dung-cokhi-may-moc/nghien-cuu-thiet-ke-va-che-tao-thiet-bi-cnc-tai-viet-namda-lam-nhieu-lieu-co-phai-lam-nua-p3.html [63] http://www.globalspec.com Tài liệu tiếng Pháp [64] H Ben Ahmed, B Multon et P.E Cavarec (2005) Actionneurs linéaires directs et indirects: performances limites Journal sur l’enseignement des sciences et technologies de l’information et des systèmes, Vol.4, Hors-Série 1, 131 PHỤ LỤC MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ MƠ HÌNH THỰC NGHIỆM Hình PL1.1: Động khơng đồng ba pha tuyến tính đơn biên PL1.1 Mạch đo vận tốc encoder: Ứng dụng vi điều khiển 8052 thiết kế mạch đo vận tốc chuyển động động KĐB tuyến tính thơng qua encoder Để thực điều cần phải nắm được: Cách lập trình, cách thiết kế phần cứng, cách vận hành giao tiếp vi điều khiển với thiết bị ngoại vi hình LCD, ma trận phím, nút nhấn - Encoder E6B2 CWZ1X: + Được gắn trục với bánh xe dẫn hướng qua khớp nối mềm + Điện áp nguồn: 5VDC  5% + Dòng tiêu thụ tối đa: 130mA + Độ phân giải: 2000 xung/vòng + Tần số đáp ứng tối đa: 100kHz Hình PL1.2: Encoder E6B2 CWZ1X - Mạch đo: + Nhận xung từ encoder tính tốn đến vận tốc đạt cực đại ổn định 132 + Lưu lại giá trị vận tốc thời điểm lấy mẫu + Sau vận tốc ổn định xuất hình LCD giá trị Vmax tqđ + Khi có lệnh từ phím bấm xuất LCD cặp giá trị vận tốc thời gian tương ứng V1 - t1, V2 - t2,…, Vmax - tqđ thời điểm lấy mẫu + Khi có lệnh xuất liệu tiến hành xuất lên máy tính cặp giá trị thời gian - vận tốc tương ứng V1 - t1, V2 - t2,…,Vmax - tqđộ thời điểm lấy mẫu + IC 89S52 điều khiển toàn hoạt động mạch, chương trình code nạp vào IC (code dịch file *.hex đưa vào IC qua nạp chương trình nạp WLPRO_V210_SETUP.exe) Hình PL1.3: Mạch in phần cứng mạch đo vận tốc encoder Hình PL1.4: Đường kính bánh xe dẫn hướng 42,3mm Kiểm tra chương trình đo tốc độ encoder với máy đo tốc độ laser LUTRON DT2234A động KĐB quay thông dụng (số đôi cực 1) 133 Thông số kỹ thuật LUTRON DT-2234A - Hãng sản xuất: LUTRON - Hiển thị: Màn hình LCD - Thang đo: 2,5 – 99999 rpm - Độ xác: 0, 05% - Độ phân giải: 0,1 rpm - Khoảng cách làm việc: 50mm – 500mm - Bộ nhớ: tự động ghi liệu đo MAX/MIN/LAST - Xuất xứ: Taiwan Kết đo kiểm tra khơng tải: Hình PL1.5: Đo tốc độ encoder máy đo tốc độ LUTRON DT2234A PL1.2 Mơ hình thực nghiệm đo lực dùng lực kế ISF – F500: Hình PL1.6: Lực kế ISF-F500 Thông số kỹ thuật lực kế ISF – F500 - Đo lực kéo nén - Đơn vị đo: N, kgf - Tải trọng lớn nhất: 500N - Độ phân giải: N - Độ xác: +/-1% - Hãng sản xuất: INSIZE - Hiển thị đồng hồ kim - Xuất xứ: China 134 PHỤ LỤC KHẢO SÁT TỪ TRƯỜNG TẢN PHẦN THỨ CẤP CỦA ĐỘNG CƠ KĐB BA PHA TUYẾN TÍNH Mục đích phần phụ lục để xem xét tính đắn nghiên cứu mang tính kế thừa theo tài liệu tham khảo [8], [10], [23], [28], [29], [38], [45], [50] Từ đưa mơ hình mạch hình 2.9b bỏ qua thành phần điện kháng tản thứ cấp sau quy đổi (X2’) Khảo sát mơ hình vẽ PL2.1, gồm nhôm đặt thép với kích thước hệ tọa độ 0xyz: x = 126,3mm; ythép = 5mm; ynhôm = 5mm; z = 200mm y Tấm nhơm Tấm thép z x Hình PL2.1: Mơ hình khảo sát từ trường tản phần thứ cấp Xây dựng mơ hình khảo sát phần mềm FEMM 2D với dịng điện kích thích (dịng điện cảm ứng) xoay chiều, tần số 50Hz chạy  nhôm, biểu diễn dạng số phức: I camung  A Trường hợp khảo sát mơ hình hệ tọa độ 0xy (theo chiều dài phần sơ cấp) trình bày hình PL2.2, từ thơng móc vịng có giá trị 4,523.10-5 T, tương ứng điện cảm 4,523.10-5 H (mạch từ khơng bão hịa) Trường hợp khảo sát mơ hình hệ tọa độ 0yz (theo chiều rộng phần sơ cấp) trình bày hình PL2.3, từ thơng móc vịng có giá trị 3,011.10-5 T, tương ứng điện cảm 3,011.10-5 H Như vậy, khảo sát từ trường phần thứ cấp dòng điện cảm ứng nhôm gây nên, xem từ trường hồn tồn khơng móc vịng qua phần sơ cấp động từ trường gọi từ trường tản phần 135 thứ cấp Trong hai trường hợp khảo sát, từ trường tản (điện cảm tản) nhỏ Hình PL2.2: Phân bố mật độ từ thơng khơng gian 2D 0xy Hình PL2.3: Phân bố mật độ từ thông không gian 2D 0yz Hình PL2.4: Phân bố mật độ từ thơng khơng gian 2D 0xy (khi có thêm mạch từ phần sơ cấp) Khi mơ hình có xét thêm phần sơ cấp động cơ, phần từ trường móc vịng qua lõi thép phần sơ cấp, hình PL2.4 Kết làm cho phần từ trường tản phần thứ cấp nhỏ so với hai trường hợp 136 Dựa vào mơ hình FEM, xác định công suất tổn hao tác dụng nhôm phần thứ cấp động ứng với chiều dài tiếp xúc với phần sơ cấp dòng điện cảm ứng khảo sát trên, điện trở nhơm tính tốn theo cơng thức: Rn hom  Pn hom 8,6245   8,6245  I camung 12 Trong trường hợp điện cảm có giá trị lớn 4,523.10-5 H (tần số f = 50Hz), suy điện kháng tương ứng là: 2fL  2.3,14.50.4,523.105  1,4202.102  Như vậy, thành phần điện kháng có giá trị không đáng kể so với so với điện trở nhơm Qua tốn khảo sát này, nhận thấy rằng, việc bỏ qua thành phần điện kháng tản phần thứ cấp mơ hình mạch điện tương đương pha động KĐB tuyến tính khơng gây ảnh hưởng đáng kể (sai số vài phần nghìn) q trình tính tốn 137 PHỤ LỤC SỰ TƯƠNG ĐƯƠNG CỦA THÀNH PHẦN DÒNG ĐIỆN NGANG TRỤC Ids [31] VÀ DỊNG ĐIỆN TỪ HĨA Im Khi xét mơ hình mạch điện tương đương động KĐB tuyến tính hệ tọa độ quay dq [31], thành phần tổng hợp ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối dịng xốy xây dựng theo dịng điện Ids (dịng điện sinh từ thơng phần thứ cấp) Tuy nhiên, điện cảm tản phần thứ cấp động KĐB tuyến tính nhỏ so với điện cảm tản phần sơ cấp nên thành phần bỏ qua Do đó, trạng thái xác lập thành phần dòng điện ngang trục Ids dòng điện từ hóa Im xem tương đương Thật vậy, cấu trúc điều khiển động KĐB dựa nguyên lý tựa theo từ thông rotor, hệ tọa độ dq chọn làm hệ tọa độ tựa hướng, hệ tọa độ có trục thực d trùng với trục từ thơng rotor ( r ), khơng tồn thành phần q vectơ  r trường hợp định hướng xác, nghĩa rq = rd = r Thành phần dòng điện isd đại lượng điều khiển từ thông rotor Isq đại lượng điều khiển momen động Trường hợp điện cảm tản phía rotor (Lσr) bỏ qua từ thông rotor (r) từ thông khe hở không khí (m) xem trạng thái xác lập [12] Quan hệ thành phần trình bày hình PL3.1 Us Is Rs Ls Iqs Ids Us Um Lm I qs r = m Um Trục q Rr/s I ds Is  r  m Trục d Hình PL3.1 138 Mặt khác, sơ đồ mạch điện tương đương pha động KĐB (bỏ qua điện kháng tản phía rotor X2 = L2) giản đồ vectơ trình bày hình PL3.2 I1 R1 X1 I’2 U1 Im I '2 U1 Um Xm Um R’2/s Im I1 Hình PL3.2 Nhận xét: - Trong sơ đồ giả thiết bỏ qua điện trở từ hóa Rm, vectơ dịng điện Ids Im chậm sau vectơ điện áp Um góc 90 độ, vectơ dòng điện Iqs I’2 trùng pha với điện áp Um - Về chất, thành phần dòng điện Ids Im xem thành phần sinh từ thơng (dịng điện từ hóa), thành phần Iqs I’2 xem thành phần sinh momen động khơng đồng (Im – dịng điện sinh từ thơng; I’2 – dịng điện sinh momen đề cập [5]) Ta nói rằng, thành phần tương ứng hình PL3.1 hình PL3.2 giống mặt chất - Về độ lớn: Dòng điện stator xác định: I s  I sd2  I sq2 (hình PL3.1) I1  I m2  I '22 (hình PL3.2) Bản chất thành phần hai công thức (thể phương, chiều vectơ giản đồ vectơ hình PL3.1 PL3.2) Do chúng có độ lớn 139 Như vậy, thành phần dòng điện ngang trục Ids dịng điện từ hóa Im xem tương đương Ở động KĐB tuyến tính, điện cảm tản phần thứ cấp (Lσ2) nhỏ nhiều so với điện cảm tản phần sơ cấp nên thành phần bỏ qua Mặt khác, làm việc, động KĐB tuyến tính tồn ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối dòng xốy gây Theo hình 5.1, từ thơng khe hở khơng khí phần sơ cấp thứ cấp động không xét đến hiệu ứng đầu cuối đường (1) Tuy nhiên, thực tế vậy, từ thơng khe hở khơng khí chịu ảnh hưởng thành phần hiệu ứng thay đổi hình dáng đường (2) Nguyên nhân chủ yếu động có cấu trúc mạch từ hở Như vậy, trường hợp có xét đến thành phần hiệu ứng, lượng từ trường động bị giảm lượng so với trường hợp không xét, đặc trưng miền gạch chéo Kết làm giảm độ lớn lực ảnh hưởng xấu đến đặc tính làm việc động Khi tốc độ lớn từ thơng khe hở khơng khí bị “kéo” phía sau nhiều Mức độ “kéo” lớn tốc độ động lớn Chính vậy, sơ đồ mạch điện tương đương thể hiện tượng động KĐB tuyến tính giới thiệu việc làm cần thiết, giúp cho việc đánh giá ảnh hưởng thiết kế xác Khi xét mơ hình động mạch điện tương đương động KĐB tuyến tính hệ tọa độ quay dq [31], thành phần tổng hợp ảnh hưởng hiệu ứng đầu cuối dịng xốy xây dựng theo dịng điện Ids Tuy nhiên, theo đánh giá tương quan dòng điện Ids Im trên, sử dụng dòng điện Im để tổng hợp ảnh hưởng tượng đầu cuối dịng xốy động thơng qua mạch tương đương có hàm f(ξ) mạch từ hoá (việc làm tác giả G Kang, K Nam [22] FANG Youtong, FAN Cheng-zhi [21] thực hiện) 140 Theo hướng chuyển động động cơ, dịng điện xốy phía đầu vào tăng cách nhanh chóng, tốc độ tăng định bỡi số thời gian L [22] Do Lσ2 nhỏ bỏ qua, dịng điện xốy phía R2 ' đầu vào đạt giá trị dịng điện từ hóa Im [21, 22], sau suy giảm chậm theo số thời gian phần thứ cấp T2  L  Lm Lm Dòng điện xốy  R'2 R'2 phía đầu giảm theo suy giảm từ trường phía phần sơ cấp Thành phần dịng điện xốy phần thứ cấp gây thay đổi độ lớn dòng điện từ hóa (tức thay đổi độ lớn từ thơng khe hở khơng khí), đặc trưng thay đổi Lm(1-f()) R’2.f() (hình 5.3) Ls R'2  e  Với   f ( )   Lm Vr Đây phần nội dung mà tác giả kế thừa từ tài liệu nghiên cứu sở tương đồng đại lượng liên quan Sơ đồ thay pha động KĐB tuyến tính có xét đến thành phần hiệu ứng hình 5.3 ... tuyến tính, động điện đồng tuyến tính, động khơng đồng tuyến tính, động bước tuyến tính 11 Động điện tuyến tính Hình học Kích thích Động chiều tuyến tính Động đồng tuyến tính Động khơng đồng tuyến. .. vấn đề: ? ?Nghiên cứu cải thiện đặc tính lực động khơng đồng ba pha tuyến tính? ?? nằm định hướng Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Nghiên cứu thiết kế, chế tạo ứng dụng động KĐB tuyến tính chuyên... ngầm tuyến tính LM (tốc độ 130km/h) [53]; nghiên cứu phân bố từ trường khe hở khơng khí động KĐB tuyến tính pha động tuyến tính tụ điện pha [46]; tính tốn lực động tuyến tính [19] Sự đa dạng nghiên