49
Hình 3.1 cho thấy: Điện cảm trên mỗi pha của SRM biến thiên theo vị trí góc quay rotor bao gồm 4 giai đoạn chính:
+ Giai đoạn 1 (0 - θ1) và (θ4 - θ5): cực stator và rotor khơng thẳng hàng, lệch trục hồn tồn. Trong vùng này đường sức từ qua khe hở đi trong khơng khí lớn. Dó đó điện cảm rất nhỏ và gần như là hằng số. Vì vậy mà vùng này gần như khơng sinh mômen.
+ Giai đoạn 2 (θ1 - θ2): Cực stator và rotor bắt đầu thẳng hàng. Trong vùng này đường sức từ đi qua khe hở khơng khí nhỏ dần. Điện cảm tăng dần theo góc tạo nên sườn lên của đặc tính điện cảm. Ở vùng này mômen điện từ là mômen dương (chế độ động cơ)
+ Giai đoạn 3 (θ2 - θ3): Cực stator và rotor hoàn toàn thẳng hàng, đồng trục. Chuyển động của rotor không làm thay đổi đường sức từ. Điện cảm lúc này là lớn nhất và gần như không đổi. Trong vùng này động cơ không sinh mômen. Giai đoạn này lớn hay nhỏ hoàn phụ thuộc vào độ chênh lệch giữa góc cực rotor so với góc cực stator.
+ Giai đoạn 4 (θ3 - θ4): Cực stator và rotor từ vị trí thẳng hàng tách dần ra. Vùng này điện cảm sẽ giảm dần khi vị trí tăng dần. Dó đó vùng này mơmen điện từ là mômen âm (chế độ máy phát).
Như vậy SRM có chu kỳ phát xung gồm 4 giai đoạn và mỗi giai đoạn sẽ quyết định chế độ động cơ hay máy phát. Ở chế độ động cơ, mômen được sinh ra trong giai đoạn (θ1 - θ2); giai đoạn (θ2 - θ3) mômen bằng không và kết thúc chế độ động cơ. Mômen động cơ SRM phát sinh khi dòng điện cấp cho pha dây quấn stator trong vùng mà điện cảm biến thiên theo chiều dương (sườn lên) và dòng điện phải được ngắt trước thời điểm điện cảm biến thiên theo chiều âm. Nếu dòng điện được cấp trong vùng điện cảm biến thiên theo chiều âm (sườn xuống) mômen sinh ra âm (chế độ máy phát).
Do đó việc tính chọn góc cực cực stator/rotor, độ chênh lệch giữa góc cực rotor và góc cực stator là yếu tố quyết định chính đến hình dáng, độ lớn mơmen của động cơ SRM.
3.1.2 Tính tốn điện cảm cực đại Lmax và điện cảm cực tiểu Lmin
Để có thể dự đốn được đặc tính mơmen của SRM thì cần phải tính tốn bằng mơ hình giải tích điện cảm tại vị trí đồng trục, tại vị trí này điện cảm đạt giá trị cực đại Lmax và điện cảm cực tiểu Lmin là điện cảm tại vị trí lệch trục hồn tồn. Việc tính tốn giá trị điện cảm Lmax và Lmin dựa trên các mơ hình mạch từ tương đương. Kết quả tính tốn này là cơ sở để phân tích đặc tính điện cảm và trên từ đó phân tích đặc tính mơmen của SRM.
3.1.2.1 Phương pháp tính tốn chung
Để có thể tính tốn được điện cảm Lmax và Lmin thì cần phải tính tốn các thơng số của mạch từ. Trong luận án tác giả thiết lập các cơng thức tính tốn và ứng dụng phần mềm Matlab để tính tốn cụ thể các giá trị. Phương pháp tính tốn chung như sau: Xét với dòng điện khơng đổi, áp dụng định luận tồn dịng điện cho các mạch từ ứng với mỗi đường từ thơng khác nhau. Sức từ động có quan hệ với cường độ từ trường H theo công thức:
50
𝐹 = ∮ 𝐻𝑑𝑙 = ∑ ∫ 𝐻𝑑𝑙 = 𝑁. 𝑖 (3.2)
Theo [1][47], từ thông trong SRM được phân làm 2 trường hợp chính là từ thơng ở vị trí lệch trục hồn tồn và từ thơng ở vị trí đồng trục hồn tồn. Từ thơng ở vị trí lệch trục hồn tồn được chia thành 7 đường dẫn từ thơng và từ thơng ở vị trí đồng trục hoàn toàn được chia thành 2 đường dẫn từ thông. Mỗi đường dẫn từ thông này tương đương là một ống từ. Với mỗi đường dẫn từ thông thì có một mạch từ, sức từ động tương ứng.
Các sức từ động được tính tốn theo các đường dẫn từ thơng, tổng quát là:
Fi =Hi. i =Vsp + +Vg Vrp +Vry+Vsy =Hsp sp +Hg g +Hrp rp +Hry ry+H sy sy (3.3)
Trong đó V các từ áp rơi trên các đoạn mạch từ; là chiều dài tương ứng của các đoạn mạch từ; H là cường độ từ trường tương ứng của các đoạn mạch từ.
Cường độ từ trường H được tính theo cường độ từ cảm B theo biểu thức:
.
=
B H (3.4)
Trong đó với đoạn mạch khơng khí thì µ = µ0 = 4π.10-7 H/m. Với đoạn mạch là vật
liệu dẫn từ tra từ đường cong B-H của vật liệu.
Trường hợp chưa biết từ thông, nhưng biết sức từ động F của nguồn việc tính tốn các từ áp rơi trên các đoạn mạch từ được thực hiện theo vịng lặp. Mạch từ được phân tích thành các đoạn mạch, mỗi đoạn có tính chất, diện tích mặt cắt và độ từ thẩm µ của vật liệu là đồng nhất. Các bước thực hiện có thể tóm tắt: 1. Ban đầu chọn cường độ từ cảm B trên cực stator là 1,5T; 2. Xác định cường độ từ cảm trên các đoạn mạch từ; 3. Tính cường độ từ trường khe hở khơng khí Hg = B/0; 4. Tính cường độ từ trường H các đoạn mạch từ theo đường cong từ hóa của vật liệu (Hình 3.2). 5. Tính tổng các sức từ động.