Góc cực stator βs và rotor βr (mô tả trên Hình 2.9) được định nghĩa theo bề rộng mặt cực stator ts và bề rộng mặt cực rotor tr như sau:
is is 2 arcsin ; 2 arcsin = s = r s r t t D D (2.3)
Trong đó Dis là đường kính trong của stator.
Hình 2.9 Hình vẽ mô tả góc cực stator, rotor
Góc cực stator và góc cực rotor là những thông số quyết định đến đặc tính khởi động và hình dáng đặc tính mômen của động cơ [47][54]. Để đảm bảo yêu cầu về đặc tính khởi động thì góc cực rotor và stator cần được tính toán lựa chọn trong giới hạn[1]:
2 min( , ) . s r r m N (2.4)
Trong đó: m là số pha dây quấn điều khiển của động cơ; Nr là số cực rotor
Thực tế cũng xuất hiện các trường hợp lựa chọn góc cực stator nhỏ hơn giới hạn trên bởi theo các yêu cầu về đặc tính làm việc đặc biệt, như theo tác giả tài liệu [55] góc cực stator chọn là 290thay vì chọn 300. Tuy nhiên các trường hợp đặc biệt này thường rất ít gặp.
Để mômen không triệt tiêu tại mọi vị trí quay của rotor thì góc cực staor βs còn phải thỏa mãn điều kiện[1]:
2 s r r N − (2.5)
Sau khi có góc cực stator, góc cực rotor βr thường được chọn lớn hơn góc cực stator[1] [4] [53][56].
r s
(2.6)
Nếu góc cực rotor bằng với góc cực stator thì trong quá trình phát sinh mômen dễ có khả năng sinh mômen âm. Trường hợp này có thời gian bão hòa của điện cảm rất ngắn, không đủ thời gian cho dòng điện về không. Dòng điện trong pha dây quấn tại thời điểm mở van ngắt dòng không thể về không ngay được, tức là dòng điện sẽ khác không tại thời điểm mà điện cảm giảm và sinh ra mômen âm làm cho mômen trung bình của động cơ bị giảm Hình 2.10[1] [4].
Hình 2.10 Quá trình phát sinh mômen khi góc cực stator, rotor bằng nhau
Trường hợp góc cực rotor lớn hơn góc cực stator thì thời điểm đóng, ngắt dòng điện trong pha dây quấn hoàn toàn có thể đảm bảo được không sinh mômen âm [7][11][37] [49][57][58][59]. Tại thời điểm ngắt dòng điện thì dòng điện sẽ giảm dần trong khoảng thời gian mà vị trị trí góc quay rotor ở vị trí đồng trục hoàn toàn, không nằm trong sườn
xuống của điện cảm; tại vị trí đồng trục hoàn toàn do điện cảm L không biến thiên nên mômen bằng không (Hình 2.11).
Hình 2.11 Quá trình phát sinh mômen khi góc cực rotor lớn hơn góc cực stator
Như vậy việc lựa chọn góc cực rotor lớn hơn góc cực stator sẽ đạt hiệu quả hơn so với trường hợp góc cực rotor bằng góc cực stator với cùng một dòng điện; không phát sinh mômen âm nên mômen trung bình cao hơn và độ nhấp nhô mômen nhỏ hơn (Hình 2.12).
Hình 2.12 So sánh mômen trung bình trường hợp βr = βs (a) và βr > βs (b)
Khi góc cực rotor càng lớn thì mômen cực đại theo vị trí góc rotor tăng lên và đặc tính mômen tĩnh có xu hướng lệch về phía vị trí lệch trục (Hình 2.13).
Hình 2.13 Sự thay đổi của mômen tĩnh theo vị trí góc rotor khi góc cực rotor thay đổi
Mômen cực đại của động cơ thay đổi khi góc cực rotor thay đổi[1] [60]. Do vậy trong quá trình thiết kế động cơ từ trở việc lựa chọn tính toán tối ưu góc cực stator và rotor là cần thiết. Việc lựa chọn góc cực stator và rotor còn phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế về mômen và tốc độ và số cực trên mỗi pha điều khiển. Thông thường góc cực stator và rotor đã được đề xuất chọn trong vùng tam giác ABC như Hình 2.14 [47][58].
Hình 2.14 Sơ đồ tam giác chọn góc cực stator và rotor cho SRM 6/4
Trong trường hợp lựa chọn góc cực rotor bằng với góc cực stator. Khi rotor quay ở vị trí đồng trục hoàn toàn với stator thì tại thời điểm đó điện cảm L không đổi và không phát sinh mômen và thời điểm ngắt dòng cho pha dây quấn không kịp thời sẽ dễ phát sinh mômen âm.[1][53]. Do đó góc cực rotor thường chọn lớn hơn góc cực rotor. Tuy nhiên hiệu số của góc cực rotor và góc cực stator (βR – βS) có ảnh hưởng rất lớn đến khoảng cách giữa góc bắt đầu trùng cực hoàn toàn và kết thúc trùng cực hoàn toàn. Hai góc đặc biệt này sẽ hoàn toàn trùng nhau nếu βR – βS = 0, khi đó biên độ điều chỉnh góc mở θon và góc đóng θoff sẽ bằng không. Điều này sẽ hạn chế rất nhiều cho việc điều khiển động cơ động cơ ở dải tốc độ cao.