CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1 THIẾT KẾ MƠ HÌNH BAN ĐẦU
Với mục đích thiết kế một máy điện từ trở trên cơ chế từ thông tăng cường mà được gọi là FI-PMa-SynRM với trọng tâm là giá trị mơ-men có thể sản sinh, một
Rào chắn từ thông trong (Interior Flux Barrier hay
IFB)
Rào chắn từ thông xẻ (Cutoff
Flux Barrier hay CFB)
Nam châm và rào chắn từ thông của nam châm (Magnet Flux Barrier hay
MFB)
mơ hình ban đầu sẽ được thiết kế trước. Để làm việc này, đầu tiên một mơ hình ngun thủy sẽ được đề xuất như được trình diễn trên Hình 2.1, trong đó các rào chắn từ thơng ngồi bao gồm Rào chắn từ thơng xẻ (Cutoff Flux Barrier hay CFB) và rào chắn từ thông của nam châm (Magnet Flux Barrier hay MFB), và các rào chắn từ thông trong (Interior Flux Barrier hay IFB). Thơng số cơ bản của mơ hình được cho trong Bảng 2.1.
Nam châm vĩnh cửu sẽ được giữ cố định kích thước (bề rộng 24 mm và bề dày 1,5 mm) cịn vị trí và kích thước của một số rào chắn từ thông sẽ được điều chỉnh để quan sát sự thay đổi của mơ-men. Lưu ý, vì trong phân tích có xét đến nhiều loại rào chắn từ thông nên để thuận lợi, các viết tắt tiếng Anh sẽ được sử dụng trong quá trình trình bày của chương này thay vì thuật ngữ tiếng Việt đầy đủ.
2.1.1 Rào chắn từ thông xẻ (CFB)
Độ dày của rào chắn từ thông xẻ (CFB) sẽ được điều chỉnh như được chỉ dấu trên Hình 2.2 trong đó CFB có vị trí ở trung tâm giữa các nam châm vĩnh cửu liền
Bảng 2.1. Thông số cơ bản.
Thông số Đơn vị Giá trị
Số lượng cực - 4
Bán kính ngồi stator mm 80
Bán kính rotor mm 47
Khe hở khơng khí mm 0,5
Chiều dài lõi thép mm 32
Số lớp dây quấn - 2
Vật liệu lõi thép stator - 20CS1500HF
Vật liệu lõi thép rotor - 50CS1300
Vật liệu nam châm - N35H
Dòng điện cực đại A 120
Dòng điện định mức A 60
kề. Mỗi bước điều chỉnh độ dày sẽ là 0,5 mm và giới hạn độ dày của CFB là 6 mm. Cần lưu ý rằng với mỗi sự khác biệt về cấu trúc, góc dịng điện để đạt được mơ-men cực đại theo dịng điện cũng khác biệt do đó góc dịng điện trong khảo sát này được điều chỉnh để luôn cho mơ-men là lớn nhất có thể với cùng một giá trị dòng điện phần ứng. Kết quả mơ phỏng của giá trị mơ-men trung bình (được ký hiệu là Tavg, đường màu da cam), mô-men cực đại (được ký hiệu là Tmax, đường màu xanh nước
Bề dày của CFB (mm)
Hình 2.3. Sự thay đổi của mơ-men và độ nhấp nhô của mô-men theo độ dày của CFB.
Khơng có CFB Độ dày
của CFB
OC
OR
biển), mơ-men cực tiểu (được ký hiệu là Tmin, đường màu xanh lá cây) và độ nhấp nhô của mô-men (được ghi chú là Torque ripple (%), đường màu vàng) theo độ dày của CFB được trình diễn trên Hình 2.3. Có thể thấy mơ-men cực đại và mơ-men cực tiểu thay đổi theo độ dày của CFB tuy nhiên mặc dù có sự thay đổi của hai thơng số này thì mơ-men trung bình gần như khơng có sự thay đổi đáng kể và chỉ giảm một chút khi độ dày của CFB tăng lên, trong khi đó làm cho độ nhấp nhơ của mơ-men có sự thay đổi đáng kể. Như vậy có nghĩa rằng kích thước của CFB khơng làm ảnh hưởng nhiều đến giá trị mơ-men có thể tạo được.
2.1.2 Rào chắn từ thông trong (IFB)
Đối với rào chắn từ thơng trong (IFB), cả vị trí và độ lớn của nó sẽ cùng được xem xét. Đầu tiên, độ dày của IFB sẽ được điều chỉnh từ 1,5 cho đến 7,5 mm với bước điều chỉnh là 0,5 mm như được trình diễn trên Hình 2.4.
Kết quả mô phỏng với các thông số tương tự mục trước được trình diễn trên Hình 2.5. Có thể thấy với rào chắn lớn hơn, mơ-men cực đại, mô-men cực tiểu, độ nhấp nhô của mô-men cũng lớn hơn, điều này có vẻ ngược lại với ảnh hưởng của rào chắn từ thơng xẻ (CFB). Bên cạnh đó, độ nhấp nhơ của mơ-men sụt rất nhanh trong phạm vi độ dày của IFB từ 1,5 đến 2,5 mm rồi sau đó gần như giữ nguyên với độ dày của IFB trên 2,5 mm.
Tiếp theo, độ dày của IFB sẽ được giữ nguyên là 5,5 mm trong khi vị trí của IFB sẽ được điều chỉnh nhưng khoảng không gian nằm giữa hai nửa IFB sẽ được cố định. Hình ảnh miêu tả việc điều chỉnh vị trí của IFB được trình diễn trên Hình 2.6 trong đó mỗi bước điều chỉnh vị trí là 0,5 mm và vị trí của IFB được định nghĩa là khoảng cách gần nhất tình từ IFB đến tâm của rotor.
Kết quả mô phỏng với các thông số tương tự mục trước được trình diễn trên Hình 2.7. Có thể thấy giá trị mơ-men trung bình khơng thay đổi đáng kể và và mơ-
Bề dày của IFB (mm)
Hình 2.5. Sự thay đổi của mô-men và độ nhấp nhô của mô-men theo độ dày của IFB.
men cực đại cao hơn sẽ đi kèm với mô-men cực tiểu thấp hơn dẫn đến làm cho độ nhấp nhô của mô-men là cao hơn, điều này tương tự như khi xem xét rào chắn từ thơng xẻ (CFB).
Sau q trình khảo sát mơ hình ban đầu được lựa chọn sẽ có thơng số như được trình bày trong Bảng 2.2.
Thơng số Đơn vị Giá trị
Kích thước nam châm vĩnh cửu (độ
dày x chiều dài) mm x mm 1,5 x 24
Tỷ lệ thể tích nam châm/máy điện % 0,72
Độ dày rào chắn từ thông xẻ mm 4,5
Độ dày rào chắn từ thông trong mm 5,5
Mô-men Nm 15,95
Độ nhấp nhô của mô-men % 11,18