Góc cực stator βs và rotor βr (mơ tả trên Hình 2.9) được định nghĩa theo bề rộng mặt cực stator ts và bề rộng mặt cực rotor tr như sau:
= 2arcsin ts ; = 2arcsin t r
s D r D
is is
(2.3)
Trong đó Dis là đường kính trong của stator.
Hình 2.9 Hình vẽ mơ tả góc cực stator, rotor
Góc cực stator và góc cực rotor là những thơng số quyết định đến đặc tính khởi động và hình dáng đặc tính mơmen của động cơ [47][54]. Để đảm bảo yêu cầu về đặc tính khởi động thì góc cực rotor và stator cần được tính tốn lựa chọn trong giới hạn[1]:
min( s , r ) 2 (2.4)
m. Nr
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 290 thay vì chọn 300. Tuy nhiên các trường hợp đặc biệt này thường rất ít gặp.
Để mơmen khơng triệt tiêu tại mọi vị trí quay của rotor thì góc cực staor βs cịn phải thỏa mãn điều kiện[1]:
Sau khi có góc cực stator, góc cực rotor βr thường được chọn lớn hơn góc cực stator[1] [4] [53][56].
rs (2.6)
Nếu góc cực rotor bằng với góc cực stator thì trong q trình phát sinh mơmen dễ có khả năng sinh mơmen âm. Trường hợp này có thời gian bão hịa của điện cảm rất ngắn, khơng đủ thời gian cho dịng điện về khơng. Dòng điện trong pha dây quấn tại thời điểm mở van ngắt dịng khơng thể về khơng ngay được, tức là dịng điện sẽ khác không tại thời điểm mà điện cảm giảm và sinh ra mômen âm làm cho mơmen trung bình của động cơ bị giảm Hình 2.10[1] [4].
Hình 2.10 Q trình phát sinh mơmen khi góc cực stator, rotor bằng nhau
Trường hợp góc cực rotor lớn hơn góc cực stator thì thời điểm đóng, ngắt dịng điện trong pha dây quấn hồn tồn có thể đảm bảo được khơng sinh mơmen âm [7][11][37] [49][57][58][59]. Tại thời điểm ngắt dòng điện thì dịng điện sẽ giảm dần trong khoảng thời gian mà vị trị trí góc quay rotor ở vị trí đồng trục hồn tồn, khơng nằm trong sườn
xuống của điện cảm; tại vị trí đồng trục hồn tồn do điện cảm L khơng biến thiên nên mơmen bằng khơng (Hình 2.11).
Hình 2.11 Q trình phát sinh mơmen 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 dịng điện; không phát sinh mômen âm nên mơmen trung bình cao hơn và độ nhấp nhơ mơmen nhỏ hơn (Hình 2.12).
Hình 2.12 So sánh mơmen trung bình trường hợp βr = βs (a) và βr > βs (b)
Khi góc cực rotor càng lớn thì mơmen cực đại theo vị trí góc rotor tăng lên và đặc tính mơmen tĩnh có xu hướng lệch về phía vị trí lệch trục (Hình 2.13).
Hình 2.13 Sự thay đổi của mơmen tĩnh theo vị trí góc rotor khi góc cực rotor thay đổi
Mơmen cực đại của động cơ thay đổi khi góc cực rotor thay đổi[1] [60]. Do vậy trong q trình thiết kế động cơ từ trở việc lựa chọn tính tốn tối ưu góc cực stator và rotor là cần thiết. Việc lựa chọn góc cực stator và rotor cịn phụ thuộc vào yêu cầu thiết kế về mômen và tốc độ và số cực trên mỗi pha điều khiển. Thơng 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 hồn tồn với stator thì tại thời điểm đó điện cảm L khơng đổi và không phát sinh mômen và thời điểm ngắt dịng cho pha dây quấn khơng kịp thời sẽ dễ phát sinh mơmen 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 hồn tồn và kết thúc trùng cực hồn tồn. Hai góc đặc biệt này sẽ hồn tồn trùng nhau nếu βR – βS = 0, khi đó biên độ điều chỉnh góc mở θon và góc đóng θoff sẽ bằng khơng. Điều này sẽ hạn chế rất nhiều cho việc điều khiển động cơ động cơ ở dải tốc độ cao.