3.3.1.1. Các dạng cấu trúc roto nam châm vĩnh cửu
Động cơ đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu theo cấu trúc roto đƣợc chia ra làm nhiều loại khác nhau.
Đối với những động cơ có tốc độ khá thấp và không đổi hoặc tốc độ thay đổi nhỏ, thì các thiết kế thƣờng tập trung vào kiểu động cơ từ trƣờng hƣớng trục. Với những kiểu thiết kế này mômen đập mạch giảm xuống đáng kể, độ mịn của mômen tƣơng đối tốt. Những kiểu động cơ này thƣờng tốc độ nhỏ hơn 1000 v/ph.
Đối với những động cơ cần tốc độ thấp, mômen lớn hơn, thì cấu trúc động cơ thƣờng là roto nằm trong sử dụng các nam châm vĩnh cửu đất hiếm nhiều cực.
Nếu cần đến tốc độ động cơ lớn hơn nữa, với tốc độ không đổi hoặc thay đổi ít, thì cấu trúc động cơ thƣờng là roto ngoài. Ứng dụng phù hợp với các phụ tải có mômen quán tính tƣơng đối cao, nhƣ quạt gió hoặc thổi hơi.
a) Roto có nam châm gắn bề mặt b) Roto có nam châm nhúng trên mặt
c) Roto có nam châm cực lồi d) Roto có nam châm nhúng bố trí vuông
e) Roto có nam châm nhúng bố trí hướng kính f) Hai nam châm/cực bố trí hình V
g) Roto trở kháng kết hợp với nam châm vĩnh cửu
Đối với các động cơ đồng bộ có roto nằm trong thì quá trình sản xuất khá phù hợp với việc sản xuất động cơ không đồng bộ roto lồng sóc. Các roto nằm trong có gắn nam châm vĩnh cửu thƣờng đƣợc chia ra làm hai nhóm lớn: gắn bề mặt hoặc gắn chìm bên trong roto. Cấu trúc roto và vị trí của chúng có ảnh hƣởng đáng kể tới đặc tính của động cơ.
Tuy nhiên, khi động cơ chạy trực tiếp với điện áp lƣới xoay chiều công nghiệp mà không qua bộ biến tần, thì cấu trúc roto bên cạnh nam châm vĩnh cửu còn cần thêm lồng sóc để khởi động.
Kiểu roto cho loại động cơ này cũng có nhiều kiểu khác nhau:
Hình 3.11 - Các kiểu roto sử dụng trong động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ điện áp lưới công nghiệp [1]
b) Roto kiểu nam châm ziczac g) Roto kiểu nam châm nhúng cực lồi
c) Roto kiểu nam châm hình sao h) Roto kiểu nam châm gắn bề mặt
d) Roto kiểu nam châm nhúng bố trí vuông loại 1 e) Roto kiểu nam châm nhúng bố trí vuông loại 2
Kiểu động cơ thiết kế trong đề tài thuộc nhóm rotor có lồng sóc khởi động trực tiếp từ điện áp lƣới, với tần số f = 50Hz. Do vậy ta sẽ tìm hiểu một số đặt điểm cũng nhƣng một số yếu tố ảnh hƣởng tới đặc tính làm việc của động cơ kiểu này.
3.3.1.2. Ảnh hƣởng của cấu trúc roto
Với kiểu động cơ đồng bộ ba pha khởi động trực tiếp từ lƣới điện thì từ trƣờng chính trong động cơ đƣợc tạo ra từ nam châm vĩnh cửu, do vậy không cần đến dòng điện từ hóa từ cuộn dây kích thích. Chính từ cấu trúc nhƣ vậy, nên hệ số công suất và các tổn thất ở dây quấn stato sẽ giảm nhiều.
Tuy nhiên một số tác giả khi nghiên cứu về cấu trúc roto với việc bố trí nam châm vĩnh cửu ở các khu vực khác nhau, sẽ khiến cho hiệu năng của động cơ có những thay đổi đáng kể.
Thực hiện so sánh với ba cấu trúc roto (hình 3.11-a, hình 3.11-b, hình 3.11- c). Với cấu trúc hình 3.11-a cho ta hệ số công suất thấp nhất, từ thông khe hở không khí cũng thấp nhất [1].
Hình 3.13 - Hệ số công suất theo góc mômentheo cấu trúc 3.11-a
Với cấu trúc hình 3.11-b cho ta hệ số công suất cao hơn khoảng 45% (0.85), từ thông khe hở không khí cũng tăng lên khoảng 27% (0.55T).
Hình 3.15 -Hệ số công suất theo góc mômentheo cấu trúc 3.11-b
Với cấu trúc hình 3.11-c cho ta hệ số công suất cao nhất, tăng hơn so với cấu trúc hình 3.11-a khoảng 50% (0.9), từ thông khe hở không khí cũng tăng thêm khoảng 33% (0.6 T).
Hình 3.17 - Hệ số công suất theo góc mômen theo cấu trúc 3.11-c
Từ đó dẫn đến tổn thất và hiệu suất cũng thay đổi đáng kể khi ta thay đổi cấu