CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.2 TỐI ƯU ĐẶC TÍNH MƠ-MEN
2.2.5 Tổng hợp kết quả và lựa chọn phương án tối ưu đặc tính mơ-men
Tổng hợp các kết quả phù hợp nhất từ bốn phương án trên bao gồm giá trị mơ- men trung bình và độ nhấp nhơ của mơ-men được trình diễn trên Hình 2.16. Từ đó, trường hợp được lựa chọn là thiết kế cuối cùng thuộc phương án 4, cụ thể là sử dụng sự mở rộng FMB với góc mở rộng là –1 độ cơ.
Hình 2.14. Mở rộng MFB theo góc θ3m (góc cơ).
Hình 2.15. Sự thay đổi của mơ-men và độ nhấp nhơ của mơ-men theo góc mở rộng của MFB kèm sự dịch chuyển của nam châm vĩnh cửu.
2.3 TÓM LƯỢC
Trong chương này đã trình bày tóm tắt q trình lựa chọn và thiết kế mơ hình máy điện “FI-PMa-SynRM” là đối tượng hướng đến của đề tài nghiên cứu. Quá trình thiết kế cũng nằm trong mục tiêu chung của mảng nghiên cứu về đặc tính mơ- men. Tuy nhiên, có thể thấy việc đánh giá một cách chung nhất về khả năng cải thiện mô-men hay mật độ mô-men vẫn chưa được thực hiện trong chương này. Điều đó cũng có nghĩa vấn đề cải thiện mật độ mơ-men của máy điện từ trở dựa trên một dạng kết cấu máy điện mới với cơ chế từ thông tăng cường và sử dụng một lượng ít nam châm cần được phân tích và đánh giá thêm.
P/A 1 P/A 2 P/A 3 P/A 4
CHƯƠNG 3. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ THIẾT KẾ ĐẾN HIỆU NĂNG CỦA MÁY ĐIỆN TỪ TRỞ SỬ DỤNG CƠ CHẾ TỪ THÔNG
TĂNG CƯỜNG
Chương này trình bày ảnh hưởng của nam châm vĩnh cửu và rào chắn từ thông đến kiểu máy điện từ trở sử dụng cơ chế từ thông tăng cường thơng qua sự phân tích riêng rẽ các tác động của hai yếu tố này. Sự phân tích có thể thực hiện được một cách hiệu quả đến từ kiểu cấu trúc đã được thiết kế của mơ hình máy điện được sử dụng trong nghiên cứu.
3.1 CÁC MƠ HÌNH ĐƯỢC KHẢO SÁT
Như đã được nhắc đến ở chương trước, một máy điện từ trở đồng bộ nam châm vĩnh cửu hỗ trợ (PMa-SynRM) có được xem là một cấu trúc mà người thiết kế sẽ thêm các thanh nam châm vĩnh cửu vào các rào chắn từ thông của rotor của máy điện từ trở đồng bộ (SynRM). Ngược lại, đối với kiểu máy điện sử dụng cơ chế từ thông tăng cường đang được đề xuất gần đây, rotor có thể được tạo nên bởi việc thêm các rào chắn từ thông trên trục q của một máy điện nam châm thông dụng
[8,20]. Những rotor của các máy điện vừa nêu đều có nam châm được nhúng vào trong lõi do đó sẽ rất khó để đánh giá tác động riêng rẻ của nam châm vĩnh cửu và rào chắn từ thơng đối với các đặc tính máy điện. Trong khi đó, phải nhấn mạnh rằng cả nam châm vĩnh cửu lẫn rào chắn từ thông đều tác động rất lớn đến hiệu năng và các đặc tính của các loại máy điện đồng bộ dù dựa chủ yếu trên nam châm vĩnh cửu hay nguyên lý từ trở [11].
Ngược lại, loại máy điện từ trở đồng bộ nam châm vĩnh cửu hỗ trợ từ thông tăng cường (FI-PMa-SynRM) hay chính là mơ hình máy điện ngun gốc của nghiên cứu, nó đã được thiết kế để sử dụng kiểu nam câm vĩnh cửu chôn trên bề mặt để tối thiểu hóa lượng nam châm cần sử dụng. Với kiểu kết cấu này, rotor có thể coi như là một sự kết hợp giữa một rotor của máy điện từ trở thông thường với nhiều lớp rào chắn từ thơng và một máy điện nam châm vĩnh cửu có nam châm trên bề mặt. Điều
này có được là do sự độc lập về cấu trúc giữa vị trí của nam châm vĩnh cửu và các rào chắn từ thơng chính. Hình ảnh mơ tả sự kết hợp này được trình diễn trong Hình 3.1.
Với lợi thế từ đặc điểm cấu trúc trên, vai trị của nam châm vĩnh cửu và có thể được xem xét độc lập và các đóng góp riêng lẻ của chúng có thể được dễ dàng đánh giá một cách tách biệt. Như được trình diễn trong Hình 3.1, hai mơ hình đối chiếu với các rotor tương ứng. Để ngắn gọn, mơ hình thứ nhất được gọi bằng “Inset SPMSM model” trong đó Inset SPMSM là viết khác và viết tắt của Inset Surface Permanent Magnet Synchronous Machine hay máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu chôn trên bề mặt được hiểu là nam châm vĩnh cửu sẽ ghép vào khoảng không gian được cố tình cắt trên một phần chu vi của rotor. Rotor của mơ hình thứ nhất có được chính bằng việc loại bỏ rào chắn từ thơng bên trong cũng là rào chắn từ thơng chính của rotor của máy điện nguyên gốc. Tương tự mơ hình thứ hai sẽ được gọi là “SynRM model” với lý do từ việc loại bỏ nam châm vĩnh cửu trong rotor của máy điện nguyên gốc mà do đó chỉ cịn lại thành phần từ trở trong mô-men được sản sinh ra. Ngồi ra cịn một mơ hình nữa được gọi là “Modified SynRM” mà có được bằng cách bù đắp phần chu vi bị cắt trên rotor của máy điện nguyên gốc nhưng không làm thay đổi độ khoảng cách giữa bề mặt rotor và rào chắn từ thông bên trong. Mục đích và các phân tích liên quan đến mơ hình cuối cùng này sẽ được trình bày trong chương
sau.
Để cụ thể hơn, các thông số kết cấu cơ bản của các mơ hình được trình bày trong Bảng 3.1.
Parameter Unit Value
Bán kính ngồi stator mm 80
Bán kính ngồi rotor mm 47
Chiều dài lõi mm 32
Bề rộng nam châm mm 24
Bề dày nam châm mm 1.5
Thể tích máy điện L 0.6434
Thể tích nam châm L 0.0046
Tỷ lệ thể tích % 0.72
Ngoài ra để xác thực sự khả thi của mơ hình sẽ được phân tích, thơng số chia lưới phần tử hữu hạn của các mơ hình trên cũng được cung cấp tại Bảng 3.2 và Hình 3.2.
Để có thể rõ hơn về vấn đề sẽ được nghiên cứu, đoạn này sẽ bổ sung các công thức tính mơ-men của ba mơ hình máy điện này, cụ thể như sau:
- Đối với “SynRM model”:
Bảng 3.1. Thơng số kết cấu của các mơ hình
Bảng 3.2. Thơng tin chia lưới
Mơ hình Số lượng phần tử Số lượng nút
FI-PMa-SynRM 12467 6712
Inset SPMSM model 10147 5553
SynRM model 12615 6786
( ) ( ) 3 3 2 d d q q q d 2 d q d q T = p L I I −L I I = p L −L I I (2-1) trong đó p là số đơi cực.
- Đối với “FI-PMa-SynRM” và “Inset SPMSM model”:
( ) ( )
3 3
2 m d d q q d q 2 m q d q d q
T = p +L I I −L I I = p I + L −L I I
(2-2) Theo lý thuyết “Inset SPMSM model” là kiểu máy điện nam châm vĩnh cửu nên kiện mơ-men cực đại theo dịng điện (maximum torque per ampere hay MTPA)
Hình 3.2. Chia lưới mơ hình: (a) FI-PMa-SynRM; (b) Inset SPMSM model; (c) SynRM model; (d) Modified SynRM.
sẽ đạt được với góc (pha) dịng điện dương. Điều kiện mơ-men cực đại theo dịng điện được hiểu là khi cung cấp một giá trị dịng điện phần ứng nào đó, ta sẽ điều chỉnh góc (pha) dịng điện để làm sao tạo ra được giá trị mơ-men trung bình là lớn nhất. Ngược lại với với “FI-PMa-SynRM” và “SynRM model” là kiểu máy điện dựa trên cơ sở từ trở nên điều kiện mô-men cực đại theo dịng điện sẽ đạt được với góc dịng điện âm [11]. Do đó, mặc dù công thức mô-men là tương tự, cơ chế điện từ trường của “FI-PMa-SynRM” và “Inset SPMSM model” là khác nhau. Thêm nữa, thành phần mơ-men bổ sung có thể đạt được với sự xuất hiện của nam châm trong hai mơ hình máy điện này. Tuy nhiên, sự khác biệt về rào chắn từ thông trong cũng là rào chắn từ thơng chính có thể mang lại sự khác biệt về khả năng sản sinh mô- men.