Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.

Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Đức Bắc NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ SERVO KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA ROTOR LỒNG SÓC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Đức Bắc NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ SERVO KHÔNG ĐỒNG BỘ PHA ROTOR LỒNG SÓC Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN THẾ CƠNG TS TRẦN TUẤN VŨ LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng 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 trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng năm 2021 Người cam đoan Nguyễn Đức Bắc TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thế Công TS Trần Tuấn Vũ LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu đề tài, giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, thầy cô 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 Để có luận án này, tác giả vơ biết ơn bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến hai thầy giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp TS Nguyễn Thế Công TS Trần Tuấn Vũ dành nhiều công sức, tâm huyết, thời gian tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh suốt trình thực luận án Tác giả chân thành cảm ơn Bộ môn Thiết bị điện- điện tử, Viện Điện Phòng Đào tạo/ phận Đào tạo sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện để nghiên cứu sinh có điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất trình thực luận án Tác giả bày tỏ lời cảm ơn tới toàn thể thầy, cô giáo Bộ môn Điện kỹ thuật – Trường Đại học Xây dựng, nơi tác giả công tác tạo điều kiện hỗ trợ để tác giả thuận lợi thời gian học tập nghiên cứu luận án Tác giả gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Lưu Đức Thạch – Trưởng Khoa Cơ khí Xây dựng, tạo điều kiện thuận lợi thời gian trình học tập nghiên cứu luận án Cuối cùng, tác giả dành lời cảm ơn tới bố mẹ, vợ, gia đình ln động viên tinh thần lúc khó khăn để tác giả yên tâm nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả luận án Nguyễn Đức Bắc MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC .iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .ix MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan động servo .4 Phân loại động servo Ứng dụng động servo Các chế độ làm việc động Sự khác biệt động servo động thường 1.2 Các nghiên cứu thiết kế tối ưu động servo 10 1.3 Kết luận chương .13 2.1 Thiết kế tối ưu đa mục tiêu động servo 15 Lý thuyết tối ưu 15 Tối ưu đa mục tiêu 16 Ứng dụng tối ưu đa mục tiêu động servo 25 2.1.3.1 Thông số kỹ thuật yêu cầu thiết kế 27 2.1.3 Xây dựng toán thiết kế tối ưu động servo không đồng pha 27 2.1.3.3 Đặc tính động tối ưu .31 2.2 Mô phần tử hữu hạn .34 Lý thuyết nghiêng rãnh rotor 34 Mô so sánh rãnh nghiêng rotor rãnh thẳng 35 2.3 Kết luận chương .39 41 3.1 Phân tích nhiệt động 41 Đặt vấn đề 41 Nguyên lí truyền nhiệt dẫn nhiệt động 42 3.1.2.1 Phát nóng làm nguội vật thể đồng 43 3.1.2.2 Độ chênh nhiệt độ theo chiều dày lớp cách điện 43 3.1.2.3 Tản nhiệt bề mặt 44 3.2 Mơ hình phát nhiệt động 46 Đặt vấn đề 46 Mơ hình nhiệt động 46 3.3 Tính tốn độ tăng nhiệt chế độ nhiệt ổn định 48 3.4 Mô nhiệt động 49 Kết mô nhiệt điểm làm việc liên tục .50 Kết mô nhiệt điểm làm việc ngắn hạn 53 3.5 Kết luận chương .55 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .57 4.1 Đặt vấn đề 57 4.2 Xây dựng mơ hình 3D động mẫu thử 57 4.3 Chế tạo động mẫu thử 60 4.4 Thử nghiệm động 62 4.5 Kết thử nghiệm so sánh với mô 63 Kết đo mơmen, dịng điện số điểm hoạt động 63 Kết đo nhiệt động .72 4.6 Kết luận chương .77 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 78 ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN .79 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 89 PHỤ LỤC A 90 PHỤ LỤC B .100 PHỤ LỤC C .109 PHỤ LỤC D 99 PHỤ LỤC E 111 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Mô tả W Khối lượng điện từ động D Đường kính stator L Chiều dài mạch từ s Tần số trượt V Điện áp dây n Tốc độ động f Tần số dòng stator Tm Mơmen động Is Dịng điện stator eckew Bm Sóng hài sức điện động Mật độ từ thơng v Vận tốc tiếp tuyến rotor τ Bước cực ξ Khoảng cách điểm đầu điểm cuối rotor pCu Tổn hao đồng dây quấn stator pAl Tổn hao đồng dẫn rotor pFe Tổn hao sắt stator rotor từ trễ dòng điện xốy từ trường sinh lõi sắt pmv Tổn hao ma sát, quạt gió pstray Tổn hao phụ C Nhiệt dung riêng vật thể α Hệ số tản nhiệt bề mặt vật thể nóng θ Độ chênh nhiệt độ bề mặt vật thể nóng với mơi trường xung quanh θ0 Độ tăng nhiệt ban đầu θ∞ Nhiệt bão hòa T Hằng số phát nóng Q Nhiệt lượng Sc Tiết diện đường truyền dòng nhiệt λc Hệ số dẫn nhiệt vật liệu cách điện δc Chiều dày lớp cách điện Rc Nhiệt trở αo Hệ số tản nhiệt bề mặt mơi trường tĩnh v Tốc độ dịng khơng khí k0 Hệ số tính đến chuyển dịch dịng khơng khí Ra Nhiệt trở bề mặt tản nhiệt Rcd Nhiệt trở cách điện RFe Nhiệt trở bề mặt lõi sắt RCu Nhiệt trở bề mặt phần đầu nối θ€u Độ tăng nhiệt độ dây quấn θFe Độ tăng nhiệt độ lõi sắt stator DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt SQP Sequential Quadratic Programming Quy hoạch đa thức bậc 2 GA Genetic Algorithms Thuật toán di truyền PSO Particle Swarm Optimization Phương pháp tối ưu bầy đàn FEA Finite Element Analysis Phân tích phần tử hữu hạn AC Alternating Curent Dòng điện xoay chiều DC Direct Curent Dòng điện chiều EMF Electromotive force Sức điện động IEC International Electrotechnical Commission Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các đặc tính làm việc động Bảng 2.1 Kết áp dụng thuật toán SQP 22 Bảng 2.2 Kết hàm mục tiêu f1(x) f2(x) 24 Bảng 2.3 Kết số thơng số thiết kế tối ưu động servo không đồng 31 Bảng 2.4 Lựa chọn phương thức làm mát mật độ dòng điện [62] .32 Bảng 2.5 Giá trị mơmen độ nhấp nhơ theo góc nghiêng rotor 36 Bảng 3.1 Nhiệt độ giới hạn tương ứng cấp cách điện .42 Bảng 3.2 Hệ số tản nhiệt bề mặt môi trường tĩnh 45 Bảng 3.3 Nhiệt độ bão hòa số phận động với trường hợp nắp hở 52 Bảng 4.1 Thơng số kích thước động 58 Bảng 4.2 Kết số thơng số động servo mẫu thử 61 Bảng 4.3 Kết đo mômen dòng điện dây quấn stator điều chỉnh tần số n = 500 rpm, U = 340V .64 Bảng 4.4 Kết đo mơmen dịng điện dây quấn stator điều chỉnh tần số n = 500 rpm, U = 360V .65 Bảng 4.5 Kết đo mơmen dịng điện dây quấn stator điều chỉnh tần số n = 700 rpm, U = 350V .66 Bảng 4.6 Kết đo mơmen dịng điện dây quấn stator điều chỉnh tần số n = 700 rpm, U = 380V .68 Bảng 4.7 Bảng so sánh kết đầu vào thiết kế tối ưu thử nghiệm 70 Bảng Kết so sánh mô nhiệt thực nghiệm tốc độ n = 500 rpm, chế độ làm việc ngắn hạn 73 Bảng Kết so sánh mô nhiệt thực nghiệm tốc độ n = 700 rpm, chế độ làm việc liên tục 75 Bảng 10 Kết so sánh mô nhiệt thực nghiệm tốc độ n = 1000 rpm .76 Hình Kết đo n = 500rpm, U = 300V, f = 50Hz Hình Kết đo n = 500rpm, U = 300V, f = 55Hz Hình Kết đo n = 500rpm, U = 300V, f = 60Hz Kết đo n = 500rpm, U = 340V Hình 10 Kết đo n = 500rpm, U = 340V, f = 30Hz Hình 11 Kết đo n = 500rpm, U = 340V, f = 35Hz Hình 12 Kết đo n = 500rpm, U = 340V, f = 40Hz Hình 13 Kết đo n = 500rpm, U = 340V, f = 45Hz Hình 14 Kết đo n = 500rpm, U = 340V, f = 50Hz Kết đo n = 500rpm, U = 360V Hình 15 Kết đo n = 500rpm, U = 360V, f = 35Hz Hình 16 Kết đo n = 500rpm, U = 360V, f = 40Hz Hình 17 Kết đo n = 500rpm, U = 360V, f = 45Hz Kết đo n = 700rpm, U = 350V Hình 18 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 37Hz Hình 19 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 39Hz Hình 20 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 42Hz Hình 21 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 45Hz Hình 22 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 50Hz Hình 23 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 52Hz Hình 24 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 55Hz Hình 25 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 57Hz Hình 26 Kết đo n = 700rpm, U = 350V, f = 60Hz Kết đo n = 700rpm, U = 380V Hình 27 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 37Hz Hình 28 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 40Hz Hình 29 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 43Hz Hình 30 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 46Hz Hình 31 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 50Hz Hình 32 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 55Hz Hình 33 Kết đo n = 700rpm, U = 380V, f = 60Hz ... khác động servo động thường Phân tích nghiên cứu thiết kế tối ưu động servo Dựa kết nghiên cứu thiết kế tối ưu động servo, đề tài ? ?Nghiên cứu thiết kế tối ưu động servo không đồng pha rotor lồng. .. nghiên cứu luận án động servo khơng đồng pha rotor lồng sóc Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu phương pháp thiết kế tối ưu đa mục tiêu động servo không đồng pha rotor lồng sóc - Nghiên cứu xây dựng mơ... thiết kế tối ưu Kết tối ưu nhận mô kiểm nghiệm mơ hình thực nghiệm Mục đích đề tài Nghiên cứu, thiết kế tối ưu động servo không đồng pha sở tối ưu thông số kết cấu, điều 15 Đối tượng nghiên cứu