Kết quảđo đặ tính Bc -H theo bảng sau:
Bảng 4.6.Thông số B-H theo số lần đo
Số điểm đo I1 (A) U2 (V) B(T) H(A/m)
1 0,75 12,28 0,924 314,219 2 0,755 12,975 0,976 343,494 3 0,75 15,43 1,161 341,219 4 0,75 17,69 1,331 341,219 5 0,75 19,29 1,452 341,219 6 0,735 19,745 1,486 334,395 7 0,71 20,185 1,519 323,021 8 0,665 20,77 1,563 302,548 9 0,655 21,03 1,583 297,998 10 0,64 21,24 1,599 291,174 11 0,64 21,53 1,620 291,174 12 0,625 21,525 1,620 284,349 13 0,615 21,695 1,633 279,8 14 0,6 21,685 1,632 272,975 15 0,61 21,855 1,645 277,525 16 0,6 21,91 1,649 272,975 17 0,595 21,85 1,645 270,701 18 0,59 21,74 1,636 268,426 19 0,575 21,51 1,619 261,601 20 0,575 21,27 1,601 261,601 21 0,575 20,905 1,573 261,601 22 0,61 20,685 1,557 277,525 23 0,625 19,21 1,446 284,349 24 0,655 18,145 1,366 297,998 25 0,685 15,87 1,194 311,647 26 0,775 15,4 1,159 352,593
Hình 4.33. Đặc tính B H và độ- từ thẩm tương đố ủa thép C45i c
Hình 4.34. Đặc tính B H và độ- từ thẩm tương đố ủa thép Poscoi c 1300
Kết quảđo mật độ t ừ thông nam châm chế ạ t o cực từtheo bảng sau:
Bảng 4.7.Thông số ật độ m từthông của nam châm Ferrite
Loại S STT Giá trị (mT) Loại N STT Giá trị (mT) Mặt lớn Mặt bé Mặt lớn Mặt bé 1 104,3 91,5 1 105,2 91,2 2 104,8 90,2 2 103,4 91,3 3 102,8 90,2 3 104,2 91,9 4 104,3 91,1 4 103,9 90,5 5 103,7 91,7 5 103,2 90,3 6 103,7 90,4 6 103,7 90,1 7 103,1 90,5 7 102,8 91,4 8 105,4 90,5 8 103,7 90,3
4.4.2. Ch tế ạo động cơ thực nghiệm
Dựa vào chương trình thiết kế trong mục 4.1.3 và kết quảmô phỏng trong mục 4.3.4. Động cơ BLDC rotor ngoài đề xuất trong nghiên cứ lý thuyết đã đượu c chế
tạo thành công với các kích thước tương ứng với kết quảtính toán giải tích và mô
ph ngỏ :
Hình 4.35. Chế t o m ch t ạ ạ ừ stator và dây quấn
Hình 4.36. Chế t o ạ gông ừ t rotor và gắn nam châm hình thành rotor
Hình 4.37. Lắp ráp hoàn thiện động cơ BLDC rotor ngoài 12 rãnh, 16 cự - c
Động cơ nguyên mẫu với độ phủnam châmα=1 (hình 4.38) và động cơ được chế
tạo th nghi m vử ệ ới độ phủnam châmα=0,7 (hình 4.39) đều được điều khi n b ng ể ằ phương pháp FOC (Field Orientation Control) cho tải quạt. Dải tốc độđiều khiển của hai động cơ đều đảm bảo t 54 ừ rpm đến 187,5 rpm.
Hình 4.38. Động cơ BLDC nguyên mẫu với độ phủnam châmα=1
Hình 4.39. Động cơ BLDC chế tạo thực nghiệm với độ phủnam châmα=0,7
Kết quảđo các thông số động cơ sau khi chế tạo và vận hành theo bảng sau:
Bảng 4.8.Thông số sau khi chế tạo động cơ BLDC ới độ v phủnam châmα=0,7
STT Dòng điện dây (A)
Điện áp dây (V)
Công suất
3 pha (W) n (v/p) Hệ số công suất (Cosφ) ŋ
1 0,026 64,87 1,55 54 0,54 0,87 2 0,0352 73,54 2,55 65 0,58 0,85 3 0,0546 88,91 5,09 84 0,61 0,82 4 0,0692 98,63 7,34 97 0,63 0,80 5 0,0806 104,25 9,51 105 0,66 0,79 6 0,1211 124,09 18,94 134 0,74 0,77 7 0,1648 136,2 29,17 156 0,76 0,72 8 0,209 149,99 43,70 175 0,82 0,70 9 0,2574 164,33 56,58 189 0,78 0,65
Kết quảđo các thông số động cơ nước ngoài khi vận hanh theo b ng sau: ả
Bảng 4.9.Thông số động cơ Benney (Thailand) với độ phủnam châmα=1
STT Dòng điện dây (A)
Điện áp dây (V)
Công suất
3 pha (W) n (v/p) Hệ số công suất (Cosφ) ŋ
1 0,0321 53,84 1,43 54 0,485 0,99 2 0,0436 61,75 2,28 65 0,4948 0,99 3 0,0664 76,18 4,54 85 0,5252 0,98 4 0,0888 83,69 6,81 97 0,5356 0,98 5 0,1013 87,2 8,20 105 0,5426 0,97 6 0,1628 105,27 16,93 138 0,5778 0,94 7 0,2051 116,76 25,46 156 0,6218 0,92 8 0,2582 123,08 37,40 174 0,6882 0,89 9 0,314 129,96 51,11 191 0,7324 0,85
So sánh kết quả giữa bảng 4.8 thông số động cơ BLDC rotor ngoài được chế tạo thực nghi m v i k t qu bệ ớ ế ả ảng 4.9 thông sốđộng cơ thương mại Benny do Thái lan
sản xu t. Mấ ột l n n a th hi n s hi u qu cầ ữ ể ệ ự ể ả ủa việc nghiên cứu vềđộ phủ nam
châm. Theo đó, động cơ chế tạo thực nghiệm sử dụng độ phủnam châm α = 0,7 có
lợi vềmô men đập mạch và tiết ki m v t li u ch t o, song vệ ậ ệ ế ạ ẫn đảm bảo phát huy công suất tương tự với động cơ Benny sử dụng độ phủnam châm α 1,0. =
4.5. Kết lu n ậ
Nội dung chương 4đã tính toán cụ thể thông sốcơ bản trong động cơ BLDC
rotor ngoài 12 rãnh - 16 cực, được luận án đề xuất với các số liệu yêu cầu thi t k ế ế và thông số lựa chọn. Việc tính toán được tiến hành dưới dạng bảng trên phần mềm
Office Excell. Các kết quảtính toán cơ bản đạt đúng v i yêu cớ ầu giả thiế ầt đ u ra.
Xây dựng quy trình thiết kếđộng cơ BLDC rotor ngoài công suất nhỏtrên cơ sở
thuật toán tối ưu điểm làm việc của vật liệu thép kỹthuật điện chế tạo stator, gông
rotor với nam châm vĩnh cửu mật độ ừ t thông thấ để ảp gi m khối lượng động cơ khi các giá trịcông suất, mô men không thay đổi. Theo đó, với vật liệu thép stator, gông rotor có sẵn đặc tính, các kích thước của hai b phộ ần này sẽđược khảo sát, thiết kế. Việc ràng buộc v t li u ậ ệ nam châmban đầu có mật độ ừ t dư thấp (Ferrite có
Br=0,39 T) trong khi điểm làm việc c a v t liủ ậ ệu thép stator cao hơn nhiều. Phương án giảm chiều dài stator so với chiều dài nam châm là một cách tiếp cận hiệu quả. Tỷ l giệ ữa hai kích thước chiều dài này tùy thuộc vào việ ực l a chọn nam châm có từ dư cao hay thấp và vậ ệu thép có điểm làm việt li c là bao nhiêu. Trình tự lựa chọn và
hiệu chỉnh t l ỷ ệ này được th c hiự ện theo hình 4.2.
Chiều dày gông rotor có thểđược giảm đáng kể ấ b t ch p vi c mấ ệ ật độ ừ t thông trên gông rotor ở điểm bão hòa. Điều này có được do hai yếu tố: Tổn hao trên rotor
khi vận hành động cơ gần như bằng không và chiề dày gông chỉu ảnh hưởng đến
điểm làm việc của nam châm. Đây là những luận điểm quan trọng trong việc thiết kế tối ưu để ả gi m khối lượng động cơ nhưng vẫn giữđược các giá trịcông suất, mô
men. Một mẫu động cơ đã được ch t o ế ạ thử nghiệm với ưu tiên giảm tối đa kích thước máy mà điểm làm việc vẫn trong phạm vi chấp nhận được và hoạt động hiệu quả.
Đưa ra cơ sở toán học kiểm nghiệm thiết kếđộng cơ giữa phương pháp giải tích và phương pháp PTHH. Trình bày các bản vẽ thiết kế, chế tạo và 2 mẫu sản phẩm thực nghiệm được đánh giá các chỉtiêu và so sánh vớ ải s n phẩm tương tự ủa nướ c c
ngoài.
Kết quảnghiên cứu trong chương 4 đã được tác giảvà cộng sựcông bố qua 2
công trình:
“Maximum Efficiency Design of an Exterior Rotor E-Motor Bike BLDC Motor by Auto Design Progamp”, Hội nghị - Triển lãm quốc tế lần thứ 4 vềĐiều khiển và
Tựđộng hoá, VCCA 2017.
“Thiết kếđộng cơ một chiều không chổi than rotor ngoài cho xe đạp điện s ử
dụng ansys” Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường đại học Công Nghiệp Hà
TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN Tổng kết
Trong toàn bộ luận án này, tác giả đã có một sốđóng góp mới với những kết quảđạt được như sau:
- L a ch n ự ọ chiều r ng ộ miệng rãnh bs0và độ phủnam châm αlà hai thông sốđể nghiên cứu, thiết kế giảm mômen đập mạch trong động cơ BLDC rotor ngoài.
- S d ng khai triử ụ ển Fourier, tìm ra quan hệ ữ gi a h s Kệ ố n-α với độ ph nam ủ αchâm để giảm mômen đập mạch trong động cơ BLDC rotor ngoài.
- Tính toán từtrường nam châm trong động cơ BLDC rotor ngoài có xét đến phản
ứng phần ng. ứ
- Đề xu t thuấ ật toán phù hợp đểxác định điểm làm việc c a v t liủ ậ ệu thép kỹ thuật
điện trong thiết kếđộng cơ BLDC khi sử ụng nam châm vĩnh d cửu mật độ từdư
thấp.
- Đề xu t cấ ơ sởtoán học ki m nghi m thi t kể ệ ế ếđộng cơ trên nề ứn ng d ng sụ ốlà mô hình giải tích và phương pháp PTHH.
- Đưa ra những b n vả ẽcơ sở chế ạ t o. Nhận xét về thiế ế ế ấu và khối lượt k k t c ng sản phẩm khá tương đồng với những s n phả ẩm tương tự ủa nước ngoài. c
Những mặt hạn chế
Mặc dù đạt được một số kết quả khảquan đã nêu trong nội dung luận án, tuy
nhiên với những lý do khách quan (về thời gian, kinh phí và điều kiện nghiên cứu thực nghiệm) cùng với các nhân tố chủ quan (vềtrình độ, năng lực nh n th c cậ ứ ủa
NCS) cho nên luận án này vẫn còn nhiều mặt hạn chế cần được giải quyết và hoàn
thiện:
- Quy trình thiết kế động cơ chưa đạt được tính chuẩn hóa.
- Các phân tích FEM mới ch d ng lỉ ừ ại ởphân tích điện từtrường, chưa phân tích được đặc tính cơ- nhiệt của động cơ.
Khả năng phát triển từ uận ánl
- Phân tích chi tiết hơn và đề xuất các quy tắc thi t kế ếchung để ả gi m thiểu mô men
đập mạch.
- Đề xuất hướng t i mớ ột quy trình thiế ế ối ưu cho động cơ BLDCt k t rotor ngoài với
công suất vừa và nhỏ.
- Nghiên cứu v ề ảnh hưởng quá trình chuyển mạch đối với tiếng ồn âm thanh.
- Nghiên cứu tác động của vát mép cực từstator đối với đặc tính của động cơ BLDC rotor ngoài.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ỦA LUẬN ÁN C [1] Bùi Minh Định, Nguyễn Việt Anh, Phạm Hùng Phi (2017), “Maximum
Efficiency Design of an Exterior Rotor E-Motor Bike BLDC Motor by Auto Design Progamp”, Hội nghị Triển lãm quốc tế lần thứ 4 về Điều khiển và -
Tự động hoá, VCCA 2017.
[2] Nguyễn Việt Anh (2020), “Thiết kế động cơ một chiều không chổi than rotor ngoài cho xe đạp điện sử dụng ansys”Tạp chí Khoa học và Công nghệ Trường đại học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 1859 3585, số - 5(56), trang 22- 26.
[3] Nguyễn Việt Anh, Phùng Anh Tuấn, Phạm Hùng Phi, Nguyễn Mạnh Dũng (2020), “Phân tích tác động của độ mở miệng rãnh và chiều dài nam châm đến mô men đập mạch ở động cơ BLDC rotor ngoài ứng dụng trong -
quân sự”, Tạp chí Nghiên cứu Khoa Học và công nghệ quân sự năm 2020, ISSN 1859 -1043, số 70, trang 70-76.
[4] Nguyễn Việt Anh, Nguyễn Mạnh Dũng, Phạm Hùng Phi, Triệu Việt
Linh, Phùng Anh Tuấn, Nguyễn Vũ Thanh (2021), “Phân tích ảnh hưởng giữa dây quấn stator và mật độ từ thông đến điểm làm việc của nam châm trong quá trình quá độ” Tạp chí Khoa học và Công nghệTrường đại học Công Nghiệp Hà Nội, ISSN 1859 -3585, số 1(57), trang 23-28.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] R. Pool (2006), “Power electronics machines and drives 2006,” IET Power Eng., vol. 20, no. 1, pp. 46 47. –
[2] Z. Q. Zhu, A. S. Thomas, J. T. Chen, and G. W. Jewell (2009), “Cogging Torque in Flux-Switching Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 10, pp. 4708 4711. –
[3] G. C. Lee and T. U. Jung (2013), “Optimal cogging torque reduction design of dual stator radial flux permanent magnet generator,” 15th Eur. Conf. Power Electron. Appl. EPE 2013, pp. 85 89. –
[4] J. L. Kirtley (2011), “Electric Power Principles: Sources, Conversion, Distribution and Use,” in Electric Power Principles: Sources, Conversion, Distribution and Use.
[5] T. S. Low, M. A. Jabbar, and M. A. Rahman (1990), “Permanent-Magnet Motors for Brushless Operation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 26, no. 1, pp. 124–129.
[6] T. J. E. M. J. R. Hendershot (2010), “Design of Brushless Permanent Magnet Machines”. Motor Design Books.
[7] R. Wrobel, P. H. Mellor, N. McNeill, and D. A. Staton (2010), “Thermal performance of an open-slot modular-wound machine with external rotor,”
IEEE Trans. Energy Convers., vol. 25, no. 2, pp. 403–411.
[8] L. Jian, K. T. Chau, and J. Z. Jiang (2009), “A magnetic-geared outer-rotor permanent-magnet brushless machine for wind power generation,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 45, no. 3, pp. 954–962.
[9] C. Peter (1995), “Analysis and design considerations of a high-power density, dual air gap, axial-field, brushless, permanent magnet motor,” University of
New Hampshire, Durham.
[10] N. Ertugrul and P. P. Acarnley (1997), “Indirect rotor position sensing in real-time for brushless permanent magnet motor drives,” Conf. Proc. - IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo. - APEC, vol. 2, pp. 736 742. –
[11] J. Ikäheimo (2002), “Permanent magnet motors eliminate gearboxes,” ABB Rev., no. 4, pp. 22 25. –
[12] T. Haring, K. Forsman, T. Huhtanen, and M. Zawadzki (2003), “Direct drive - Opening a new era in many applications,” IEEE Conf. Rec. Annu. Pulp Pap. Ind. Tech. Conf., pp. 171–179.
[13] A. Bianchi and L. Buti (2003), “Three-Phase A.C. Motor Drive and Controller for Clothes Washers,” Appliance, vol. 60, no. 6, pp. 32 35. –
[14] L. Electronics, “www.lge.com”.
[15] S. H. Lee, J. P. Hong, S. M. Hwang, W. T. Lee, J. Y. Lee, and Y. K. Kim
(2009), “Optimal Design for Noise Reduction in Interior Permanent-Magnet Motor,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 45, no. 6, pp. 1954–1960.
[16] Benny, “http://benny.com.vn/san-pham/quat-tran-bf-c54he”.
[17] A. Holzknecht (2003), “Torque motors do the trick _ Machine Design,”
Mach. Des., vol. Apr 03.
[18] M. Aydin, S. Huang, and T. A. Lipo (2006), “Torque quality and comparison of internal and external rotor axial flux surface-magnet disc machines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 53, no. 3, pp. 822–830.
[19] Bùi Đức Hùng và cộng sự(2013) Đề tài cấp Thành phố Hà Nội, “Nghiên cứu thiết k , ch tế ế ạo động cơ đồng bộnam châm vĩnh cửu dải công suất đến 1 kW,” Trường Đạ ọc Bách khoa Hà i h Nội.
[20] Nguyễn Vũ Thanh (2015), “Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ đồng bộ 3 pha
nam châm vĩnh cửu,” Luận án tiến sỹTrường Đạ ọc Bách khoa Hà Nội h i. [21] Lê Anh Tuấn (2018), “Nghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ nam
châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp có xét đế ảnh hưởn ng của bão hòa mạch từvà hiệu ứng mặt ngoài,” Luận án tiến sỹTrường Đại học Bách khoa Hà
Nội.
[22] T. Srisiriwanna and M. Konghirun (2012), “A study of cogging torque reduction methods in brushless DC motor,” ECTI Trans. Electr. Eng. Electron. Commun., vol. 10, no. 2, pp. 138–144.
[23] Z. Q. Zhu and D. Howe (2000), “Influence of design parameters on cogging torque in permanent magnet machines,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 15, no. 4, pp. 407 412. –
[24] L. Zhu, S. Z. Jiang, Z. Q. Zhu, and C. C. Chan (2011), “Optimal slot opening in permanent magnet machines for minimum cogging torque,” Prz. Elektrotechniczny, vol. 87, no. 3, pp. 315–319.
[25] N. Levin, S. Orlova, V. Pugachov, B. Ose-Zala, and E. Jakobsons (2013),
“Methods to reduce the cogging torque in permanent magnet synchronous machines,” Elektron. ir Elektrotechnika, vol. 19, no. 1, pp. 23–26.
[26] T. Tudorache and M. Modreanu (2013), “Design solutions for reducing the cogging torque of PMSM,” Adv. Electr. Comput. Eng., vol. 13, no. 3, pp. 59–
64.
[27] W. Fei and P. C. K. Luk (2010), “A new technique of cogging torque suppression in direct-drive permanent-magnet brushless machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 46, no. 4, pp. 1332–1340.
[28] A. Ghasemi (2014), “Cogging torque reduction and optimization in surface- mounted permanent magnet motor using magnet segmentation method,”
Electr. Power Components Syst., vol. 42, no. 12, pp. 1239–1248.
[29] L. Dosiek and P. Pillay (2007), “Cogging torque reduction in permanent magnet machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 43, no. 6, pp. 1565–1571. [30] D. A. González, J. A. Tapia, and A. L. Bettancourt (2007), “Design
consideration to reduce cogging torque in axial flux permanent-magnet machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 43, no. 8, pp. 3435–3440.
[31] Y. Özoǧlu (2017), “New magnet shape for reducing torque ripple in an outer- rotor permanent-magnet machine,” Turkish J. Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 25, no. 5, pp. 4381 4397. –
[32] C. Y. Hsiao, S. N. Yeh, and J. C. Hwang (2011), “A novel cogging torque simulation method for permanent-magnet synchronous machines,” Energies, vol. 4, no. 12, pp. 2166 2179. –
[33] I. Trifu (2015), “Research on reducing cogging torque in permanent magnet synchronous generators,” UPB Sci. Bull. Ser. C Electr. Eng. Comput. Sci., vol. 77, no. 3, pp. 225 234. –
[34] J. W. Jiang, B. Bilgin, Y. Yang, A. Sathyan, H. Dadkhah, and A. Emadi
(2016), “Rotor skew pattern design and optimisation for cogging torque reduction,” IET Electr. Syst. Transp., vol. 6, no. 2, pp. 126–135.
[35] S. Jagasics and I. Vajda (2016), “Cogging torque reduction by magnet pole pairing technique,” Acta Polytech. Hungarica, vol. 13, no. 4, pp. 107–120. [36] V. Zamani Faradonbeh, S. Taghipour Boroujeni, and N. Takorabet (2020),
“Optimum arrangement of PMs in surface-mounted PM machines: cogging torque and flux density harmonics,” Electr. Eng., vol. 102, no. 3, pp. 1117–
1127.
[37] L. J. Wu, Z. Q. Zhu, D. A. Staton, M. Popescu, and D. Hawkins (2012),
“Comparison of analytical models of cogging torque in surface-mounted PM machines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 6, pp. 2414–2425. [38] S. Taghipour Boroujeni and V. Zamani (2016), “Influence of magnet shaping
on cogging torque of surface-mounted PM machines,” Int. J. Numer. Model. Electron. Networks, Devices Fields, vol. 29, no. 5, pp. 859 872. –
[39] S. T. Boroujeni, N. Takorabet, S. Mezani, T. Lubin, and P. Haghgooie (2020),
“Using and enhancing the cogging torque of PM machines in valve positioning applications,” IET Electr. Power Appl., vol. 14, no. 12, pp. 2516–