Để phù hợp với công nghệ sản xuất và lắp ráp trong nƣớc, động cơ 370W- 1500v/ph sẽ đƣợc chế tạo với roto có kiểu cấu trúc nam châm gắn bề mặt (cấu trúc hình 3.11-h).
3.3.2. Phân tích thông số chính ảnh hƣởng đến việc tính toán mạch từ roto roto
3.3.2.1. Mô hình giả tĩnh trong quá trình khởi động
Quá trình khởi động của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ lƣới là một quá trình phức tạp. Để đơn giản cho việc xây dựng sơ đồ mạch điện thay thế, có thể đơn giản hóa quá trình khởi động của kiểu động cơ này dựa trên việc kết hợp trạng thái khởi động của động cơ không đồng bộ và trạng thái ngắn mạch của động cơ đồng bộ. Với giả thiết tốc độ roto thay đổi chậm so với các đáp ứng điện từ trong mô hình giả tĩnh trong hệ tọa độ d-q. Momen trung bình trong động cơ là sự kết hợp của ba loại mômen chính sau:
- Momen phanh của nam châm điện - Momen tải
Hình 3.18 - Ví dụ về đường đặc tính momen-tốc độ lúc khởi động
3.3.2.2. Mômen phanh của nam châm vĩnh cửu
Ở chế độ xác lập thì hiệu năng của máy phụ thuộc nhiều vào nam châm vĩnh cửu. Còn ở chế độ quá độ thì hiệu năng của máy lại phụ thuộc nhiều vào lồng sóc khởi động.
Tại thời điểm khởi động, mômen phanh của nam châm vĩnh cửu sẽ ảnh hƣởng đến mômen không đồng bộ (do lồng sóc tạo ra). Biểu thức xác định momen phanh trong hệ tọa độ d-q nhƣ sau [5]:
2 2 2 s sq s 2 ph 2 2 2 2 0 s s sd sq s sd sq R X (1 s) R (1 s) mp M E 2 R X X (1 s) R X X (1 s)
Nhƣ vậy mome phanh tỉ lệ với bình phƣơng điện áp không tải, nếu thể tích nam châm vĩnh cửu lớn sẽ ảnh hƣởng đến quá trình khởi động.
Do vậy cần có sự lựa chọn tối ƣu giữa lồng sóc và nam châm để có đƣợc hiệu năng tốt nhất ở trạng thái xác lập, cũng nhƣ đạt đƣợc quá trình khởi động và đồng bộ tốt.
3.3.2.3. Rãnh roto và dây quấn roto
Điện trở roto nên thiết kế đủ thấp để phù hợp với khả năng làm việc đồng bộ của động cơ ở chế độ xác lập. Có nghĩa là mômen lồng sóc cần nâng tốc độ của roto lên càng cao càng tốt trƣớc khi cân bằng với mômen tải. Tốc độ roto càng tăng thì mômen lồng sóc càng giảm và ở một số thời điểm khi tốc độ gần đồng bộ do cân bằng với momen tải và momen phanh. Thì ở những tốc độ nhƣ vậy momen tải và momen phanh gần nhƣ không phụ thuộc vào tốc độ roto, trong khi đó momen lồng sóc lại giảm gần tuyến tính với mức độ tăng tốc độ. Độ nghiêng về mức độ suy giảm tuyến tính của momen lồng sóc tỉ lệ nghịch với điện trở roto. Tuy nhiên trong quá trình đồng bộ hóa thì mức độ thẩm thấu từ thông của nam châm vào stato chậm do ảnh hƣởng điện trở thấp của lồng sóc roto, gây ảnh hƣởng xấu tới khả năng đồng bộ hóa. Do đó momen phanh phụ thuộc nhiều vào thời gian khởi động. Để khởi động nhanh, thì lồng sóc roto cần phải duy trì độ lớn từ thông nam châm trong phần lớn quá trình khởi động. Dòng điện phản ứng trong dây quấn stato sẽ không phụ thuộc vào điện kháng từ hóa, nhƣng phụ thuộc vào điện kháng tản. Điều đó có nghĩa là thực chất momen phanh sẽ lớn hơn. Nhƣ vậy việc xuất hiện momen phanh sẽ làm chậm quá trình khởi động cho tới khi đạt đƣợc sự cân bằng với momen không đồng bộ.
Điện trở roto có thể chế tạo lớn hơn nếu nhƣ bài toán về hiệu suất không phải là mục tiêu. Việc tăng điện trở roto nhƣ vậy sẽ làm momen đỉnh không đồng bộ dịch về phía tốc độ thấp, tăng khả năng khởi động. Tuy nhiên điện trở roto quá lớn sẽ ảnh hƣởng xấu tới khả năng đồng bộ. Do vậy cũng cần có sự lựa chọn hợp lí về điện trở roto.