Với bánh đà dạng vành rộng trong mặt phẳng ngang, có khối lượng và kích thước tương đối lớn, để nâng bánh đà theo phương đứng (dọc trục) đồng thời giữ mặt phẳng bánh đà vng góc với trục dọc (trục stator) đó, 3 ổ từ được bố trí nằm trên 3 góc u, v, w tạo thành các góc 1200 so với tâm hệ ổ từ (tâm stator).
- Ổ từ trục u gồm hai nam châm, nam châm trên với dòng điện i2u tạo lực F2u, nam châm dưới với dòng điện i1u tạo lực F1u. Tổng hợp hai lực thành lực Fu
có chiều và giá trị tùy ý tác động tại góc u của bánh đà.
- Cảm biến đo vị trí dọc trục cũng đặt tại trục u đo độ dịch chuyển zu theo phương dọc trục của góc u bánh đà do với vị trí cân bằng là vị trí bánh đà giữa hai nam châm trên và dưới. Các góc v và w tương tự.
Các ổ từ này kết hợp vừa có vai trị nâng dọc trục vừa giữ mặt phẳng bánh đà. Các nam châm này thuận lợi để tạo lực nâng chủ đạo để nâng bánh đà vì sử dụng chính bề mặt bánh đà bằng thép có độ dẫn từ tốt nên có tiết diện mạch từ lớn, giảm được dòng điện nam châm, giảm tiêu hao năng lượng cho ổ từ.
u v w i1u, F1u i2w,F2w i1v,F1v i2u,F2u zw zu zv i1w,F1w i2v, F2v z
Chương 1: Khái quát chung về hệ truyền động động cơ - bánh đà tích hợp ổ từ chủ động.
Với cấu hình hệ bánh đà như đã mơ tả như hình 1.12 và hình 1.13, ta thấy hệ ổ từ có thể chia làm hai phần:
- Phần ổ từ ngang trục tương tự như ổ từ trong các loại động cơ có tích hợp ổ từ, có nhiệm vụ giữ cho đầu trục phía trên ổn định ở chính giữa ổ từ. Sau khi bánh đà đã được nâng để không tiếp xúc với phần tĩnh thì ổ từ này có thể điều khiển độc lập. Điều khiển cho kiểu ổ từ này đã được một số nghiên cứu trong nước gần đây quan tâm và đã có những kết quả nhất định [34] [35].
- Phần nâng bánh đà gồm 3 ổ từ tạo thành hệ ổ từ 3 bậc tự do như hình 1.13. Đây là một cấu trúc mới, có nhiều ưu điểm về mặt thiết kế chế tạo và hoạt động nhưng cũng là một đối tượng điều khiển mới.
1.5.2. Xây dựng mơ hình điều khiển ổ từ
Mặc dù hệ ổ từ hình 1.13 chỉ có ba bậc tự do điều khiển nhưng nó có tính xen kênh và phi tuyến. Vì vậy trong nội dung luận án sẽ định hướng nghiên cứu xây dựng được động học của ổ từ ba bậc tự do.
1.5.3. Thiết kế điều khiển
Định hướng nghiên cứu của luận án sẽ theo hướng ứng dụng điều khiển đa biến phi tuyến phi tuyến cho ổ từ chủ động trong mơ hình truyền động động cơ- bánh đà.
1.5.4. Xây dựng mơ hình thử nghiệm
Để minh chứng nghiên cứu luận án sẽ đi xây dựng mơ hình thử nghiệm và tiến hành các thử nghiệm trên mơ hình để kiểm chứng kết quả nghiên cứu.
1.6. Kết luận
Nội dung chương 1 đã trình bày tóm tắt ngun lý cấu tạo của ổ từ. Tóm lược các cơng trình nghiên cứu về điều khiển hệ truyền động bánh đà có tích hợp ổ từ. Đề xuất mơ hình nghiên cứu hệ truyền động bánh đà có tích hợp ổ từ với ba cụm ổ từ và mơ hình điều khiển ổ từ ba bậc tự do.
Chương 2: Xây dựng mơ hình động lực học của hệ TĐ ĐC-BĐ cơ tích hợp ổ từ chủ động
2. CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG MƠ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC CỦA HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐỘNG CƠ - BÁNH ĐÀ TÍCH HỢP Ổ TỪ CHỦ ĐỘNG
2.1. Động học quá trình điện cơ của ổ từ.
Trên cơ sở cấu hình ổ từ đã chọn trên hình 1.9 với hệ ba cặp ổ từ u, v, w, nội dung chương 2 sẽ xây dựng động lực học quá trình điện- cơ của hệ để phục vụ thiết kế điều khiển cho hệ ổ từ. Theo nguyên lý chung vận hành hệ TĐ ĐC-BĐ có tích hợp ổ từ ta có các q trình:
- Ổ từ nâng bánh đà đến vị trí làm việc (khi đó bánh đà chưa quay), ta có quá trình điện-cơ nâng bánh đà.
- Khi bánh đà ở vị trí làm việc, động cơ quay bánh đà đến giá trị tốc độ ổn định và truyền động chạy với tốc độ ổn định, ta có q trình tích năng lượng. - Q trình phóng năng lượng, thông qua động cơ làm việc ở chế độ máy phát,
bánh đà sẽ để cấp năng lượng điện cho tải.
Căn cứ vào quá trình vận hành, ta chia động lực học hệ ra hai phần: Động lực học quá trình nâng tĩnh (khi bánh đà chưa quay) và động lực học quá trình động (khi bánh đà quay). Đầu tiên ta sẽ nghiên cứu động lực học của một ổ từ nam châm kép làm cơ sở để nghiên cứu hệ ổ từ.
2.1.1. Động học quá trình điện cơ của ổ từ kép.
Hệ ổ từ u, v, w ở hình 1.13 được tạo thành bởi 3 ổ từ nam châm kép như hình 1.11, trong đó mỗi nam châm chỉ tạo lực theo 1 hướng (kéo vật về phía nam châm) nên ổ từ phải dùng hai nam châm để có thể tác động lên đối tượng (bánh đà) theo cả hai hướng qua đó điều khiển vị trí của đối tượng trong vùng làm việc với độ nhạy cao. Hình 2.1 mơ tả một ổ từ kép với hai nam châm và đối tượng ở các vị trí khe hở cân bằng và không cân bằng. Khi đối tượng ở điểm cân bằng tác là điểm chính giữa hai nam châm, khe hở giữa đối tượng và hai châm là bằng nhau và độ lệch vị trí z0, điểm này coi là điểm gốc của vị trí. Khi đối tượng lệch khỏi điểm cân bằng một khoảng z0thì khe hở giữa đối tượng và hai nam châm khác nhau (ez) và (ez).
Chương 2: Xây dựng mơ hình động lực học của hệ TĐ ĐC-BĐ cơ tích hợp ổ từ chủ động