Trong chương này việc thực hiện và một số kết quả thực nghiệm đối với mơ hình máy điện đã được thiết kế, chế tạo được trình bày bao gồm dạng sóng dịng điện, hài dịng điện, so sánh mơ-men. Hình 5.1 miêu tả việc cài đặt để các thành phần của bàn thực nghiệm để tiến hành vận hành và đo đạc một số thông số của mẫu thử của FI-PMa-SynRM.
47
Hình 5.2 trình diễn hình ảnh của dạng sóng dịng điện, do giới hạn cơng suất của nguồn cấp tại phịng thí nghiệm của bên hợp tác, phối hợp nên dòng điện đo đạc chỉ đạt 32,5 A. Có thể thấy, khác với việc chạy mơ hình mơ phỏng trên phần mềm máy tính với dịng điện kích thích thường được đặt là dạng sin, dịng điện thực tế của nguồn cấp sẽ khơng có dạng sin hồn tồn. Sử dụng thuật tốn biến đổi Fourier nhanh (Fast Fourier Transform hay FFT) trên Matlab với đầu vào là dữ liệu thu thập được từ hệ thống thực nghiệm, các hài dịng điện được trình diễn trên Hình 5.3. Tính tốn tổng độ méo sóng hài (Total Harmonic Distorion hay THD) dòng điện của kết quả thực nghiệm là khoảng 13,04 %.
Mặt khác, mơ-men trung bình tạo ra được của “FI-PMa-SynRM” cũng được đo đạc và so sánh với kết quả mơ phỏng như được trình diễn trên Hình 5.4. Có thể thấy rằng hai kết quả này là phù hợp với nhau. Bên cạnh đó, để thuyết phục hơn, kết quả mô phỏng giá trị mơ-men trung bình của “Modified SynRM” cũng được thêm vào Hình 5.4 để so sánh với kết quả của “FI-PMa-SynRM”. Có thể thấy khi góc dịng điện cịn nhỏ (khoảng –55 độ), mơ-men sản sinh được của “Modified SynRM” chỉ nhỏ hơn một chút so với của “FI-PMa-SynRM”, tuy nhiên với các góc dịng điện
Tần số (Hz)
lớn hơn, mô-men sản sinh được của “Modified SynRM” giảm xuống rất nhanh. Điều này dẫn đến mơ-men của “Modified SynRM” có thể có thể trở thành giá trị âm trong khi mô-men của “FI-PMa-SynRM” vẫn tiếp tục có giá trị dương. Kết quả này là hoàn toàn phù hợp với lý thuyết đã được trình bày ở các mục trước.
Góc dịng điện (độ) Modified SynRM, Mô phỏng FI-PMa-SynRM, Mô phỏng FI-PMa-SynRM, Thực nghiệm nghiệm
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Như vậy qua sự phân tích kỹ càng cơ chế từ thơng tăng cường trong một động cơ từ trở hay cịn gọi là mơ hình FI-PMa-SynRM, việc cải thiện từ thông của máy điện từ trở đã được chứng minh khả thi. Đầu tiên, thơng qua sự so sánh mơ hình FI- PMa-SynRM đã được thiết kế và chế tạo với hai biến thể của nó mà có thể có được chỉ bằng việc đơn giản loại bỏ nam châm vĩnh cửu hoặc rào chắn từ thông trong, vai trị của các thành phần này trong mơ hình FI-PMa-SynRM đã được nghiên cứu. Tiếp theo, sự khử từ cục bộ trong mơ hình FI-PMa-SynRM đã được phân tích và khả năng mật độ mô-men đã được điều tra qua việc so sánh mơ hình này với một một mơ hình máy điện từ trở thực tế có cấu hình tương đương. Có thể thấy rằng việc áp dụng cơ chế từ thông tăng cường đã dẫn đến sự khác biệt trong phân bố từ trường cũng như góc dịng điện để đạt được điều kiện mơ-men cực đại theo dòng điện. Hơn tất cả, một khả năng tạo ra được mật độ mô-men lớn đã được chứng minh với một lượng nhỏ nam châm vĩnh cửu hay có nghĩa có thể cải thiện mật độ mơ-men một cách đáng kể với chỉ một vài điều chỉnh bổ sung về cấu hình rotor khi sử dụng cơ chế từ thông tăng cường đối với động cơ từ trở. Một thuận lợi nữa đó là mặc dù sử dụng lượng nam châm vĩnh cửu rất nhỏ nhưng mơ mình máy điện được trình bày đã có thể chống lại hiện tượng khử từ không thể phục hồi một cách mạnh mẽ. Cũng phải nhấn mạnh ở sự đơn giản của cấu trúc được trình bày trong nghiên cứu.
Cùng với những kết luận trên, nhóm nghiên cứu cũng có những đề xuất, kiến nghị trên cơ sở xem xét tính khả thi và khả năng phát triển của nghiên cứu trong điều kiện Việt Nam đó là:
- Nghiên cứu thêm tính khả thi của cơ chế từ thông tăng cường với việc sử dụng vật liệu nam châm giá rẻ hơn, ví dụ nam châm ferrite.
- Đầu tư nghiên cứu vào các loại máy điện hiện đại trên thế giới, thay thế dần các loại máy điện cổ điển như máy điện không đồng bộ, máy điện một chiều bởi khả năng đạt được mật độ mô-men lớn.
- Tiếp cận, biên soạn các tài liệu, đề xuất điều chỉnh nội dung môn học máy điện trong các trường đại học tại Việt Nam để theo kịp sự phát triển của lĩnh vực máy điện trên thế giới.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] I. Boldea, L. Tutelea, C.I. Pitic, PM-assisted reluctance synchronous motor/generator (PM-RSM) for mild hybrid vehicles: Electromagnetic design, IEEE Trans. Ind. Appl. 40 (2004) 492–498.
[2] S.S.R. Bonthu, A. Arafat, S. Choi, Comparisons of Rare-Earth and Rare- Earth-Free External Rotor Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motors, IEEE Trans. Ind. Electron. 64 (2017) 9729–9738.
[3] Z.S. Du, T.A. Lipo, High Torque Density and Low Torque Ripple Shaped- Magnet Machines Using Sinusoidal Plus Third Harmonic Shaped Magnets, IEEE Trans. Ind. Appl. 55 (2019) 2601–2610.
[4] M. De Gennaro, J. Jürgens, A. Zanon, J. Gragger, E. Schlemmer, A. Fricassè, L. Marengo, B. Ponick, E.T. Olabarri, J. Kinder, A. Cavallini, P. Mancinelli, M. Hernandez, M. Messagie, Designing, prototyping and testing of a ferrite permanent magnet assisted synchronous reluctance machine for hybrid and electric vehicles applications, Sustain. Energy Technol. Assessments. 31 (2019) 86–101.
[5] P. Guglielmi, B. Boazzo, E. Armando, G. Pellegrino, A. Vagati, Permanent- Magnet Minimization in PM-Assisted Synchronous Reluctance Motors for Wide Speed Range, IEEE Trans. Ind. Appl. 49 (2013) 31–41.
[6] P. Guglielmi, M. Pastorelli, G. Pellegrino, A. Vagati, Position-sensorless control of permanent-magnet-assisted synchronous reluctance motor, IEEE Trans. Ind. Appl. 40 (2004) 615–622.
[7] J.K. Kostko, Polyphase reaction synchronous motors, J. Am. Inst. Electr. Eng. 42 (1923) 1162–1168.
Variable-Flux Flux-Intensifying Interior Permanent-Magnet Machine, IEEE Trans. Ind. Appl. 50 (2014) 1015–1024.
[9] S. Morimoto, T. Hirasa, Y. Takeda, K. Hatanaka, Y. Tong, Design and control system of inverter-driven permanent magnet synchronous motors for high torque operation, IEEE Trans. Ind. Appl. 29 (1993).
[10] D.-K. Ngo, Design, Analysis and Realization of Flux Intensifying Permanent Magnet-assisted Synchronous Reluctance Motor, National Cheng Kung University, 2020.
[11] D.-K. Ngo, M.-F. Hsieh, Analysis of Flux Intensifying Effect on Synchronous Motors Applied to Electric Scooter, in: 2019 IEEE Veh. Power Propuls. Conf., IEEE, 2019: pp. 1–6.
[12] D.-K. Ngo, M.-F. Hsieh, T.A. Huynh, Torque Enhancement for a Novel Flux Intensifying PMa-SynRM Using Surface-Inset Permanent Magnet, IEEE Trans. Magn. 55 (2019) 1–8.
[13] P. Niazi, H.A. Toliyat, Online parameter estimation of permanent-magnet assisted synchronous reluctance motor, IEEE Trans. Ind. Appl. 43 (2007) 609–615.
[14] G.-J.J. Park, J.-S.S. Kim, B. Son, S.-Y.Y. Jung, Optimal Design of PMa- synRM for an Electric Propulsion System Considering Wide Operation Range and Demagnetization, IEEE Trans. Appl. Supercond. 28 (2018) 1–4.
[15] V.I. Patel, J. Wang, D.T. Nugraha, R. Vuletic, J. Tousen, Enhanced Availability of Drivetrain Through Novel Multiphase Permanent-Magnet Machine Drive, IEEE Trans. Ind. Electron. 63 (2016) 469–480.
[16] P. Pillay, R. Krishnan, Modeling Of Permanent Magnet Motor Drives, IEEE Trans. Ind. Electron. 35 (1988).
interior permanent magnet motor, IEEE Trans. Ind. Appl. 31 (1995) 358–367. [18] A.M. Technologies, N35H—Arnold Magnetic Technologies., n.d.
[19] Y. Wang, D. Ionel, D.G. Dorrell, S. Stretz, Establishing the Power Factor Limitations for Synchronous Reluctance Machines, IEEE Trans. Magn. 51 (2015) 1–4.
[20] X. Zhu, J. Huang, L. Quan, Z. Xiang, B. Shi, Comprehensive Sensitivity Analysis and Multiobjective Optimization Research of Permanent Magnet Flux-Intensifying Motors, IEEE Trans. Ind. Electron. 66 (2019) 2613–2627. [21] X. Zhu, W. Wu, S. Yang, Z. Xiang, L. Quan, Comparative Design and
Analysis of New Type of Flux-Intensifying Interior Permanent Magnet Motors With Different <italic>Q</italic>-Axis Rotor Flux Barriers, IEEE Trans. Energy Convers. 33 (2018) 2260–2269.
[22] X. Zhu, S. Yang, Y. Du, Z. Xiang, L. Xu, Electromagnetic performance analysis and verification of a new flux-intensifying permanent magnet brushless motor with two-layer segmented permanent magnets, IEEE Trans. Magn. 52 (2016) 1–4.
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP CƠ SỞ (DO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT QUẢN LÝ)
NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN MẬT ĐỘ MÔ-MEN CỦA MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ
Mã số: T2021-06-02
Chủ nhiệm đề tài: TS. Ngô Đức Kiên
10. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU THUỘC LĨNH VỰC CỦA ĐỀ TÀI Ở TRONG VÀ NGỒI NƯỚC
10.1. Ngồi nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài trên thế giới, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
- Trên thế giới, các loại máy điện sử dụng châm vĩnh cửu đã được nghiên cứu và sử dụng từ lâu tại các nước phát triển.
- Các nghiên cứu chủ yếu là máy điện nam châm vĩnh cửu thông dụng trên cơ chế từ thông suy giảm, có một số nghiên cứu máy điện dùng cơ chế từ thông tăng cường nhưng sử dụng nhiều vật liệu nam châm đất hiếm nên ảnh hưởng đến giá thành sản xuất.
10.2. Trong nước (phân tích, đánh giá tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở Việt Nam, liệt kê danh mục các cơng trình nghiên cứu, tài liệu có liên quan đến đề tài được trích dẫn khi đánh giá tổng quan)
- Gần như chưa có nghiên cứu.
10.3. Danh mục các cơng trình đã cơng bố thuộc lĩnh vực của đề tài của chủ nhiệm và những thành viên tham gia nghiên cứu (họ và tên tác giả; bài báo; ấn phẩm; các yếu tố về xuất bản)
[1] Torque Enhancement for a Novel Flux Intensifying PMa-SynRM Using Surface-Inset Permanent Magnet. Authors: Duc-Kien Ngo, Min-Fu Hsieh, and Thanh Anh Huynh. IEEE Transactions on Magnetics (SCIE). No: 55(7). Pages: 1-8. Year 2019.
[2] Performance Comparison of SynRM and Novel FI-PMa-SynRM with Different Rotor Surface Layouts. Authors: Duc-Kien Ngo and Min-Fu Hsieh. 2019 IEEE 4th International Future Energy Electronics Conference (IFEEC). Pages: 1-5. Year 2019.
[3] Analysis on Field Weakening of Flux Intensifying Synchronous Motor Considering PM Dimension and Armature Current. Authors: Duc-Kien Ngo, Min-Fu Hsieh, and Tien Dung Le.
IEEE Transactions on Magnetics (SCIE). No: 57(2). Pages: 1-5. Year 2021. 11. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Tại Việt Nam đang sử dụng phổ biến máy điện không đồng bộ bởi ưu điểm dễ chế tạo, vận hành, giá thành rẻ trong khi giá thành của nam châm vĩnh cửu là rất cao so với các vật liệu khác thường được sử dụng trong máy điện. Bên cạnh đó, các máy điện sử dụng nam châm vĩnh cửu (chủ yếu là máy điện đồng bộ) sẽ đi kèm với thuật toán điều khiển khác với máy điện không đồng bộ. Một lý do khách quan khác đó là các tài liệu thiết kế và công nghệ chế tạo đang được sử dụng tại Việt Nam có xuất phát từ các nước Đơng Âu (đặc biệt là Nga hay Liên Xô trước đây) chỉ chủ yếu tập trung vào các máy điện không sử dụng nam châm. Tuy nhiên về thực tế, xu thế hiện nay là tập trung nâng cao hiệu năng trong đó đặc biệt là mật độ mơ-men lớn từ đó có thể giảm được kích thước máy điện để phù hợp với các ứng dụng hiện đại với lựa chọn phổ biến là sử dụng nam châm.
Đối với bài toán về giá thành của nam châm vĩnh cửu, hiện có hai xu hướng được quan tâm đó là sử dụng nam châm ferrite thay cho nam châm đất hiếm và giảm lượng nam châm đất hiếm. Với cả hai xu hướng này, rào cản lớn nhất đó là đặc tính cố hữu là nam châm sẽ bị khử từ khi máy điện vận hành và nó có thể rơi vào trạng thái khử từ khơng thể phục hồi, từ đó làm giảm chất lượng làm việc của máy điện. Xét riêng xu hướng thứ hai, có một giải pháp đó là vừa sử dụng nam châm đất hiếm với một lượng rất ít với cơ chế từ thơng tăng cường, vừa tận dụng khả năng sản sinh mô-men từ trở với một kết cấu máy điện có chủ đích.
Từ thực tế rằng các nghiên cứu về kết cấu máy điện sử dụng nam châm vĩnh cửu còn rất hạn chế tại Việt Nam, cũng như u cầu giảm chi phí vật liệu thì đề xuất “Nghiên cứu cải thiện mật độ mô-men của máy điện từ trở” là cấp thiết và có ý nghĩa thiết thực trong học thuật cũng như kỹ thuật.
12. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Nghiên cứu và đánh giá cụ thể, có minh chứng rõ ràng về tiềm năng của của máy điện từ trở sử dụng nam châm vĩnh cửu với cơ chế từ thơng tăng cường mà có thể mang tới những cải thiện như mật độ mơ-men lớn, sử dụng ít nam châm vĩnh cửu đất hiếm (từ đó giảm giá thành
máy điện sử dụng nam châm đất hiếm hiện nay. Việc nghiên cứu và đánh giá tiềm năng của dạng máy điện này dẫn tới đề xuất phát triển kiểu máy điện mới này trong công nghiệp phù hợp với nguồn cung vật liệu nam châm đất hiếm, khả năng chế tạo và tiềm lực kinh tế của Việt Nam. Một mục tiêu khác đó là có thể giới thiệu các kết quả nghiên cứu vào quá trình giảng dạy, thúc đẩy việc nghiên cứu các kiểu máy điện theo xu thế của thế giới.
13. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 13.1. Đối tượng nghiên cứu
Máy điện từ trở. 13.2. Phạm vi nghiên cứu
Lý thuyết, kiến thức chuyên môn học thuật. 14. CÁCH TIẾP CẬN, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 14.1. Cách tiếp cận
Mơ hình hóa máy điện từ trở. 14.2. Phương pháp nghiên cứu
Mô phỏng đối tượng trên phần mềm phần tử hữu hạn chuyên dụng JMAG và thử nghiệm mẫu thử tại đơn vị phối hợp.
15. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ TIẾN ĐỘ THỰC HIỆN
15.1. Nội dung nghiên cứu (trình bày dưới dạng đề cương nghiên cứu chi tiết) Chương 1: Tổng quan về các loại máy điện sử từ trở
1.1. Phân loại máy điện từ trở
1.2. Các phương pháp nâng cao mật độ mô-men của máy điện từ trở 1.3. Kết luận
Chương 2: Ảnh hưởng của các yếu tố thiết kế đến hiệu năng của máy điện từ trở sử dụng cơ chế từ thông tăng cường
2.1. Nam châm vĩnh cửu 2.2. Rào chắn từ thông
Chương 3: Cải thiện mật mô-men của máy điện từ trở sử dụng cơ chế từ thông tăng cường Chương 4: Kết quả, kết luận
15.2. Tiến độ thực hiện
STT Các nội dung, công việc thực hiện Sản phẩm (bắt đầu-kết Thời gian thúc)
Người thực hiện
1 Chương 1: Tổng quan về các
loại máy điện sử từ trở 1.1. Phân loại máy điện từ trở 1.2. Các phương pháp nâng cao mật độ mô-men của máy điện từ trở
1.3. Kết luận
Báo cáo 12/2021 –
02/2022 Ngô Đức Kiên
2 Chương 2: Ảnh hưởng của các yếu tố thiết kế đến hiệu năng của máy điện từ trở sử dụng cơ chế từ thông tăng cường
2.1. Nam châm vĩnh cửu 2.2. Rào chắn từ thông
Kết quả mô phỏng 02/2022 –
05/2022 Ngô Đức Kiên Trương Thị Hoa Hồ Quang Việt
3 Chương 3: Cải thiện mật độ mô- men của máy điện từ trở sử dụng cơ chế từ thông tăng cường
Kết quả mô phỏng, thử nghiệm mẫu thử
06/2022 –
09/2022 Ngô Đức Kiên Trương Thị Hoa Hồ Quang Việt
4 Chương 4: Kết quả, kết luận Báo cáo 09/2022 –
11/2022 Ngô Đức Kiên Trương Thị Hoa Hồ Quang Việt 16. SẢN PHẨM
16.1. Sản phẩm khoa học
Bài báo đăng tạp chí nước ngồi Bài báo đăng tạp chí trong nước
Bài đăng kỷ yếu hội nghị, hội thảo quốc tế Sản phẩm khác (giáo trình, tài liệu tham khảo…..) 16.2. Sản phẩm đào tạo
Cao học NCS 16.3.Sản phẩm ứng dụng
Mẫu Vật liệu Thiết bị máy móc
Giống cây trồng Giống vật nuôi Qui trình cơng nghệ
Tiêu chuẩn Qui phạm Sơ đồ, bản thiết kế Tài liệu dự báo Đề án Luận chứng kinh tế
Phương pháp Chương trình máy tính Bản kiến nghị
Dây chuyền công nghệ Báo cáo phân tích Bản quy hoạch
16.4. Các sản phẩm khác
16.5. Tên sản phẩm, số lượng và yêu cầu khoa học đối với sản phẩm
Stt Tên sản phẩm Số lượng Yêu cầu khoa học
1 Bài báo khoa học đăng tạp chí nước ngồi 01
SCIE (Q2) trong đó tác giả liên hệ của bài báo là thành viên tham