CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NAM CHÂM VĨNH CỬU RÀO CHẮN TỪ
3.2.1 Phân bố từ trường trong máy điện
Sự khác biệt giữa các mơ hình được nêu ở mục trên liên quan chặt chẽ đến sự phân bố từ trường trong đó điều kiện khơng tải sẽ được xem xét trước tiên trong đó các đường sức từ và một độ từ thơng được trình diễn trên Hình 3.3. Để phù hợp với điều kiện không tải, chỉ FI-PMa-SynRM và Inset SPMSM model được xem xét.
Có thể nhận thấy đối với FI-PMa-SynRM, từ thông tập trung trong khoảng không gian nằm giữa hai rào chắn từ thông liền kề trong khi đối với Inset SPMSM model thì từ thơng lại tập trung quanh nam châm vĩnh cửu. Theo cách khác, Hình 3.4 mơ tả sự so sánh từ thơng móc vịng của nam châm giữa các mơ hình này. Có thể nhận thấy một điểm thú vị đó là từ thơng móc vịng của nam châm của Inset
SPMSM model lớn hơn một so với của FI-PMa-SynRM. Điều này chỉ ra rằng rào chắn từ thông trên rotor của FI-PMa-SynRM ảnh hưởng đến từ thơng móc vịng tạo bởi nam châm, có nghĩa ta có thể sử dụng rào chắn từ thông này để điều chỉnh sự phân bố mật độ từ thông trên các máy điện. Cần lưu ý rằng sự phân tích tại điều kiện khơng tải có thể cung cấp một cái nhìn tỏng quát về ảnh hưởng của rào chắn từ thông trong khi hiệu năng của máy điện cần được nghiên cứu đầy đủ với điều kiện xuất hiện của dòng điện phần ứng.
Tiếp theo cần xem xét sự phân bố từ trường khi có dịng điện phần ứng hay chính là điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện. Như đã được nhắc đến ở trên, “FI-PMa-SynRM” và “SynRM model” sẽ đạt được điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện tại góc dịng điện âm trong đó “SynRM model” có góc dịng điện lớn hơn, nghĩa là –39 độ đối với “SynRM model” và –25 độ đối với “FI-PMa-SynRM”. Điều này là phù hợp với biểu đồ pha và các cơng thức mơ-men trung bình đã được trình bày. Hình 3.5 mơ tả sự phân bố và mật độ từ thông trong các mơ hình máy điện trong điều kiện này. Có thể thấy mật độ từ thơng ở vùng khơng gian nằm giữa hai rào chắn từ thông trong liền kề của “SynRM model” là thấp hơn rất nhiều khi so sánh với của “FI-PMa-SynRM”. Điều này có thể được hiểu là do sự xuất hiện của nam châm vĩnh cửu trong khi nam châm vĩnh cửu lại có khả năng tác động rất lớn sự phân bố của từ trường của các cấu hình rotor này và đóng một vai trị quan trọng đến sự vận hành của “FI-PMa-SynRM”. Ngược lại, “Inset SPMSM model” lại đạt được điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện tại góc dịng điện dương (cụ thể là 19 độ), và sự phân bố mật độ từ thơng là tốt hơn nhiều khi so sánh với nó tại chế độ khơng tải.
Cuối cùng, để miêu tả đầy đủ sự khác biệt về phân bố từ trường giữa các mơ hình máy điện này, mật độ từ thông trên nam châm vĩnh cửu sẽ được xem xét bằng
Vị trí rotor (góc cơ)
cách xét một số điểm đại diện. Với mục đích này, ta sẽ xét hai tình huống:
- Tình huống (1), “Inset SPMSM model” được cho làm việc với góc dịng điện –25 độ, có nghĩa là tương tự với điều kiện mơ-men cực đại của “FI-PMa-SynRM” hay có nghĩa là chế độ từ thơng tăng cường. Hình 3.6 trình diễn mật độ từ thơng trên nam châm của “FI-PMa-SynRM” và “Inset SPMSM model” ở điều kiện này. Có thể thấy mật độ từ thông tổng quát trên nam châm vĩnh cửu cơ bản cải thiện mặc dù một số phần của nó có thể vẫn có điểm làm việc thấp.
Hình 3.5. Mật độ từ thơng tại điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện. Phía trên bên trái: FI-PMa-SynRM, phía trên bên phải: Inset SPMSM
- Tình huống (2), khi “Inset SPMSM model” làm việc ở điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện của nó (có nghĩa là ở góc dịng điện 19 độ) thì điểm làm việc của nam châm vĩnh cửu là rất thấp hơn nhiều như được trình diễn trên Hình 3.7. Điều này là từ nguyên tắc cố hữu của các máy điện nam châm vĩnh cửu là làm việc ở chế độ từ thơng suy giảm (flux weakening).
Bên cạnh đó, các điểm có mật độ từ thơng thấp trên nam châm vĩnh cửu nằm gần với phần khơng khí, ví dụ như đối với “Inset SPMSM model” điểm có mật độ từ thông thấp trên nam châm vĩnh cửu nằm gần các rãnh stator, trong khi đối với “FI-PMa-SynRM” các điểm này nằm gần các rãnh stator và đầu cuối của các rãnh chắn từ thông. Điều này ngụ ý rằng các điểm có mật độ từ thơng thấp trong các phần của nam châm vĩnh cửu (cục bộ) là một vấn đề cố hữu của các cấu hình rotor mà
Hình 3.7. Mật độ từ thơng trên nam châm vĩnh cửu ở góc dịng điện –25 độ.
Hình 3.6. Mật độ từ thơng trên nam châm vĩnh cửu của “Inset SPMSM model” ở góc dịng điện 19 độ.
nam châm vĩnh cửu nằm ở bề mặt.