4.1.1 Các khối mô phỏng
4.1.1.1 Khối nguồn 3 pha
Nguồn điện áp 3 pha với thông số 220V, 50 Hz như hình 3.1.
Hình 4.1- Khối nguồn 3 pha 4.1.1.2 Khối biến đổi abc sang dq0
Khối biến đổi abc sang dq0 sử dụng biến đổi Park ( hình 3.2 )có trong thư viện Simulink có 2 đầu vào là điện áp abc và góc , đầu ra là các điện áp trong hệ trục d, q để sử dụng làm đầu vào cho khối dòng điện. Thành phần thứ tự 0 bị triệt tiêu.
Hình 4.2- Khối biến đổi abc sang dq0 4.1.1.3 Khối dòng điện
Khối dòng điện có đầu vào là vd, vq,r, đầu ra là id, iq (hình 4.3).
Hình 4.3- Khối dòng điện Để xây dựng khối này ta căn cứ vào hệ phương trình (3.13):
0 s q r d q q r m r q s d d d R pL L u i L R pL u i
Suy ra hệ phương trình vi phân:
1 1 d d s d q r q d q q s q d r d m r q d i v R i L pi dt L d i v R i L pi p dt L (4.1)
Sơ đồ bên trong khối dòng điện:
4.1.1.4 Khối mô men điện từ
Ta xây dựng khối mô men điện từ theo phương trình (3.14). Sơ đồ khối như hình 4.5
Hình 4.5- Sơ đồ khối mô men điện từ 4.1.1.5 Khối tốc độ
Từ biểu thức tính mô men điện từ m e L m d T T B J dt suy ra phương trình xác định tốc độ cơ của động cơ:
( ) / m e L m d T T B J dt (4.2) Tốc độ đồng bộ: 2 r m P (4.3) với P là số cực từ. Góc được xác định bởi: d m dt (4.4) Ta có sơ đồ khối như hình 4.6
Hình 4.6 Khối tốc độ Đầu ra được lấy làm đầu vào của khối biến đổi dq. Đầu ra r lấy làm đầu vào của khối dòng điện.
4.1.2 Sơ đồ mô phỏng động cơ
Từ các khối cơ bản trên ta có mô hình Simulink của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu ( hình 4.7)
4.2 Mô hình Simulink của động cơ với cực từ xiên 4.2.1 Động cơ có cực từ gồm 3 mô đun 4.2.1 Động cơ có cực từ gồm 3 mô đun
Như đã phân tích ở chương 2, mô men của động cơ có cực từ gồm 3 mô đun tương đương với 1/3 mô men của tổng 3 động cơ đồng bộ có cùng hệ trục , nhưng có hệ trục toạ độ d1-q1 và d’1-q’1 , đối xứng qua hệ trục d0-q0 và lệch với hệ trục , các góc lần lượt là: , , .
Hình 4.8 Mô phỏng Simulink của động cơ có cực từ gồm 3 mô đun
4.2.2 Động cơ có cực từ gồm 5 mô đun
Tương tự như phần 3.2.1 mô men của động cơ có cực từ gồm 3 mô đun tương đương với 1/5 mô men của tổng 5 động cơ đồng bộ có cùng hệ trục , nhưng có hệ trục toạ độ d2-q2, d1-q1 và d’1-q’1, d’2, q’2 đối xứng qua hệ trục d0-q0 và lệch với hệ trục , các góc lần lượt là: 2 , , , 2 .
Hình 4.9 Mô phỏng Simulink của động cơ có cực từ gồm 5 mô đun
4.3 Kết luận
Từ mô hình Simulink của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (hình 4.7), kết hợp với các phép biến đổi toán học về quy đổi hệ trục toạ độ, ta có thể xây dựng mô hình Simulink cho động cơ nam châm vĩnh cửu cực từ xiên. Trên đây là 2 mô hình xây dựng cho các động cơ có cực từ gồm 3 và 5 mô đun. Tương tự như vậy, ta có thể xây dựng mô hình cho động cơ có cực từ gồm 7, 9, 11…mô đun.
CHƯƠNG 5- KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
5.1 Đặc tính mô men của động cơ cực từ thẳng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Xét 1 động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu 3 pha 220V/50Hz có các thông số sau: Rs= 1.2, B= 4.675e-5 kg/m2, J = 2.0095e-5 Nms, Ld = Lq= 7.8e-3 H, m = 0.154 Vs, P = 4
Hình5.1- Mô men điện từ (Te), tốc độ động cơ (m), dòng điện dọc trục và ngang trục
Nhập các thông số của động cơ vào mô hình mô phỏng ta thu được các kết quả như hình 5.1 và 5.2
5.2 Đặc tính mô men của động cơ cực từ xiên 5.2.1 Động cơ với cực từ gồm 3 mô đun 5.2.1 Động cơ với cực từ gồm 3 mô đun
Mô phỏng trên Matlab/Simulink với mô hình như hình 4.8, lần lượt với các góc nghiêng ; ; ; ; ;
72 60 40 36 30 20
rad ta được hình ảnh gợn sóng mô men như sau: Chú thích: - đường màu vàng mô men của động cơ cực từ thẳng
- Đường màu tím: mô men của động cơ cực từ nghiêng góc ng =2
Hình 5.3 Mô men gợn sóng khi M =3,
72
Hình 5.4 Mô men gợn sóng khi M =3,
60
Hình 5.5 Mô men gợn sóng khi M =3,
40
Hình 5.6 Mô men gợn sóng khi M =3,
36
Hình 5.7 Mô men gợn sóng khi M =3,
30
Hình 5.8 Mô men gợn sóng khi M =3,
40
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.2.2 Động cơ với cực từ gồm 5 mô đun
Mô phỏng trên Matlab/Simulink với mô hình như hình 4.9, lần lượt với các góc nghiêng ; ; ; ;
72 60 40 36 30
rad ta được hình ảnh gợn sóng mô men như sau:
Hình 5.9 Mô men gợn sóng khi M =5,
72
Hình 5.10 Mô men gợn sóng khi M =5,
60
Hình 5.11 Mô men gợn sóng khi M =5,
40
Hình 5.12 Mô men gợn sóng khi M =5,
36
Hình 5.13 Mô men gợn sóng khi M =5,
30
5.3 Đánh giá kết quả
Từ kết quả mô phỏng trên hình 3.12 và 3.13 ta thấy biên độ gợn sóng mô men giảm nhiều nhất khi: = /30, cực từ gồm 3 mô đun và = /40, cực từ gồm 5 mô đun. Như vậy góc nghiêng ng khi chế tạo cực từ tốt nhất trong khoảng = /20 đến = /15.
5.4 Kết luận
Từ mô hình Simulink của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (hình 3.7), kết hợp với các phép biến đổi toán học về quy đổi hệ trục toạ độ, ta có thể xây dựng mô hình Simulink cho động cơ nam châm vĩnh cửu cực từ xiên. Trên đây là 2 mô hình xây dựng cho các động cơ có cực từ gồm 3 và 5 mô đun. Tương tự như vậy, ta có thể xây dựng mô hình cho động cơ có cực từ gồm 7, 9, 11, …mô đun.
Bằng các kết quả mô phỏng thu được, ta có thể tính toán góc nghiêng tối ưu cho cực từ rô to để khử được gợn sóng mô men theo công thức:
1 2
ngtoiuu toiuu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
M
(*)
Trong đó: toiuu là góc lệch tối ưu theo mô phỏng, M là số mô đun của cực từ xiên, ngtoiuu là góc nghiêng tối ưu khi chế tạo cực từ.
KẾT LUẬN
Ngày nay, động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu được sử dụng khá phổ biến thay thế cho động cơ không đồng bộ bởi tính ưu việt của nó như hiệu suất và cosφ cao. Tuy nhiên một nhược điểm lớn không thể tránh khỏi là gợn sóng mô men. Trong một số điều kiện hoạt động, gợn sóng này có thể truyền qua rotor tới tải, gây khó khăn cho việc điều khiển vị trí, tốc độ và truyền qua khung sắt stator gây rung, ồn. Đặc biệt, trong các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, ta cần triệt tiêu nó bằng mọi giá.
Trong luận văn này, phương pháp làm giảm gợn sóng mô men được đưa ra là chế tạo động cơ với các cực từ rô to xiên thay thế cho cực từ thẳng với độ rộng cực từ không đổi. Căn vào kết quả mô phỏng mô hình toán động cơ đồng bộ cực từ xiên trong Matlab/Simulink ta có thể kết luận đây là phương pháp hữu hiệu để triệt tiêu mô men gợn sóng, đồng thời ta có thể xác định được giá trị góc nghiêng tối ưu được cho bởi phương trình (*).
Kết quả nghiên cứu luận văn dựa trên mô hình toán của động cơ được xấp xỉ cực từ xiên bởi các mô đun cực từ thẳng xếp lệch nhau, đây cũng là cách hữu hiệu khi chế tạo động cơ để có thể giảm chi phí chế tạo cực từ.
Real-Time Simulation”, IEEE.
2. Alexander Stening, Design and Otimization of a Surface-mounted Permanent Magnet
Synchronous Motor for a High Cycle Industrial Cutter, Royal Institude of
Technology.
3. AmuliuBogdanProca, Ali Keyhani, Ahmed EL-Antably, Wenzhe Lu, Min Dai, “Analytical Model for Permanent Magnet Motors with Surface Mounted Magnets”,
IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol.18, No.3, September 2003.
4. PhạmVănBình, Máy điện tổng quát. NXB Giáo dục Việt Nam, 2011.
5. Dal Y. Ohm, Dynamic Model of PM Synchronous Motors, Drivetech, Inc., Blacksburg, Virginia.
6. Enrique L. Carrillo Arroyo, Modelling and Simulation of Permanent Magnet
Synchronous Motor Drive System, University of Puerto Rico Mayaguez Campus
2006.
7. Hamdy Mohamed Soliman, S. M. Hakim, “Torque Ripple Minization, Suppress Harmonics and Noise of Brushless PM Synchronous Motors Derived by Field Oriented Control”, IJRRAS, 12(3), September 2012.
8. Ing.JanMoravec, Torque Ripple of Permagnent Magnet Synchronous Torque Motor.
9. JacekF.Gieras, Mitchell Wing, Permanent Magnet Motor Technology, pp. 43-52, 169-178.
10. Luke Dosiek, PragasenPillay, “Cogging Torque Reduction in Permanent Magnet Machines”, IEEE Transactions on Industry Applications, Vol.43, No.6, November/December 2007.
11. PanuKurronen, Torque Vibration Model of Axial-Flux Surface-Mounted Permanent
Magnet Synchronous Machine, Lappeenranta University of Technology.
12. SisudaThaithongsuk, Design and Construction of a Permanent Magnet Synchronous
Motor, King Mongkut’s Institute of Technology NorthBangkok.
13. Siva Gangadhara Rao Venna, SnehaVattikonda, SravaniMandarapu, “Mathematical Modeling and Simulation of Permanent Magnet Synchronous Motor”, International Journal of Advanced Research in Electrical, Electronics and Instrumentation Engineering, Vol.2, Issue 8, August 2013.
14. http://hiendaihoa.com/dien/san-pham-moi/dong-co-nam-cham-vinh-cuu-ben-trong-