Nghiên cứu nâng cao độ chính xác profile răng của bánh răng trụ thân khai khi phay lăn răng bằng điều chỉnh độ đảo hưởng kính và dùng dầu bôi trơn làm mát có hạt nano374

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Lê Anh Tuấn NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU KHỞI ĐỘNG TRỰC TIẾP CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG CỦA BÃO HÒA MẠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU KHỞI ĐỘNG TRỰC TIẾP CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG

CỦA BÃO HÒA MẠCH TỪ

VÀ HIỆU ỨNG MẶT NGOÀI

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Lê Anh Tuấn

NGHIÊN CỨU ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU KHỞI ĐỘNG TRỰC TIẾP CÓ XÉT ĐẾN ẢNH HƯỞNG

CỦA BÃO HÒA MẠCH TỪ

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu c a riêng tôi Các s li u, k t qu tính ủ ố ệ ế ảtoán trình bày trong Lu n án này là trung thậ ực và chưa từng được ai công b trong b t c ố ấ ứcông trình nào khác

Hà N i, ngày 12 tháng 5 ộ năm 2018

T P TH Ậ Ể HƯỚNG D N KHOA H C Ẫ Ọ Nghiên c u sinh ứ

TS Bùi Đức Hùng PGS TS Nguyễn Anh Nghĩa Lê Anh Tu n ấ

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tác gi ả trước tiên bày t l i cỏ ờ ảm ơn sâu s c nhắ ất đến hai thầy giáo hướng d n khoa h c tr c ti p là ẫ ọ ự ế TS Bùi Đức Hùng và PGS TS Nguy n Anh ễNghĩa luôn dành nhi u công s c, thề ứ ời gian quan tâm, động viên và tận tình hướng d n ẫnghiên c u sinh trong ứ suốt quá trình th c hi n lu n án ự ệ ậ

Tác gi xin chân thành cả ảm ơn TS Phùng Anh Tuấn, TS Bùi Minh Định đã hỗ trợ và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên c u sinh hoàn thi n lu n án ứ ệ ậ

Tác gi chân thành cả ảm ơn các th y, cô B môn Thi t b ầ ộ ế ị Điện - Điệ ửn t , Viện Điện và Viện đào tạo Sau i h c - đạ ọ Trường Đại h c Bách khoa Hà Nọ ội đã tạo mọi điều kiện đểnghiên c u sinh ứ có điều ki n thu n l i nh t v ệ ậ ợ ấ ề thời gian và cơ sở ậ v t ch t trong quá trình ấthực hi n lu n án ệ ậ

Tác gi ả cũng bày tỏ ờ ảm ơn sâu sắ ới Ban Lãnh đạ l i c c t o và toàn th anh/ch trong ể ịPhòng T ổ chức lao động tiền lương ổng công ty Điệ ựT n l c - TKV lànơi tác giả công tác đã

t o mạ ọi điều ki n tác gi thu n l i v ệ để ả ậ ợ ề thời gian h c t p và nghiên c u ọ ậ ứ luận án

Tác gi trân tr ng cả ọ ảm ơn Công ty Cổ ph n ch tầ ế ạo điện cơ Hà Nội (HEM) đã tạo m i ọđiều ki n cho tác gi trong công tác gia công và ch t o m u th nghi m LSPMSM ệ ả ế ạ ẫ ử ệ

Tác gi trân tr ng cả ọ ảm ơn Viện Nghiên c u qu c t v Khoa h c & Kứ ố ế ề ọ ỹ thu t tính toán ậ(DASI) đã tạo điều ki n thu n l i cho phép tác gi s dệ ậ ợ ả ử ụng chương trình phần m m ềANSYS/Maxwell 2D để thực hi n các bài toán mô ph ng FEM cho LSPMSM ệ ỏ

Tác gi xin g i l i cả ử ờ ảm ơn tới các b n bè ạ đã động viên, giúp đỡ ề ọ v m i m t góp phặ ần vào s thành công c a lu n án ự ủ ậ

Cuối cùng, tác gi dành l i cả ờ ảm ơn tớ ố ẹ ợi b m , v và các con đã luôn động viên và h ỗtrợ ề ậ v v t ch t và tinh th n o tác ấ ầ ch gi nhả ững lúc khó khăn, mệt m i nhỏ ất để tác gi yên ảtâm trong quá trình nghiên c u, góp ph n không nh vào thành công c a lu n án ứ ầ ỏ ủ ậ

Tác gi ả luận án

Lê Anh Tu n ấ

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

L I CỜ ẢM ƠN ii

M C L C Ụ Ụ iiiDANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH Ụ Ệ Ữ VIẾT T T viẮDANH M C CÁC B NG BI U xiiỤ Ả ỂDANH M C CÁC HÌNH Ụ ẢNH VÀ ĐỒ THỊ xiii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 31.1 L ch s phát tri n c a LSPMSM 3ị ử ể ủ1.2 Ưu điểm c a LSPMSM 4ủ1.3 Nhược điểm c a LSPMSM 4ủ1.4 Các nghiên cứu trong nước và th ế giớ ềi v LSPMSM 41.4.1 Các nghiên cứu trong nước 41.4.2 Các nghiên c u trên th ứ ế giới 41.5 K t lu n 13ế ậCHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG

C A LSPMSM 15Ủ2.1 Mô hình máy điện đồng b t ng quát 15ộ ổ2.2 Mô hình toán LSPMSM 182.3 Mô ph ng LSPMSM 21ỏ2.3.1 Mô ph ng LSPMSM t mô hình toán 21ỏ ừ2.3.2 Mô ph ng LSPMSM b ng các ph n mỏ ằ ầ ềm ứng dụng phương pháp

ph n t h u h n 27ầ ử ữ ạ2.4 K t lu n 31ế ậCHƯƠNG 3 CÁC YẾU T Ố ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG

C A LSPMSM 33Ủ3.1 Các y u t ế ố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động c a LSPMSM 33ủ3.1.1 Ảnh hưởng bão hòa m ch t ạ ừ đến điện c m t ả ừ hóa đồng b d c trộ ọ ục

và ngang tr c Lụ md, Lmq 333.1.2 Ảnh hưởng c a hi u ng m t ngoài 53ủ ệ ứ ặ3.1.3 Ảnh hưởng c a bão hòa m ch t ủ ạ ừ đến điện kháng t n stato, rôto xả 1, x’2 603.1.4 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ 643.1.5 Ảnh hưởng c a tính ch t t i 66ủ ấ ả

3.2 T ng h p các y u t chính ổ ợ ế ố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động c a LSPMSM 69ủ3.2.1 Mô hình toán c a LSPMSM xét ủ ảnh hưởng c a bão hòa m ch t ủ ạ ừ

và hi u ng m ngoài 69ệ ứ ặt 3.2.2 Sơ đồ MATLAB/Simulink v i m ch t hi u chớ ạ ừ ệ ỉnh đề xu t 71ấ3.2.3 K t qu mô phế ả ỏng 743.2.4 So sánh k t qu mô ph ng vế ả ỏ ới phương pháp tổng hợp đề xuất

và phương pháp phầ ử ữn t h u h n 76ạ3.3 Kh o sát ả ảnh hưởng kích thước NCVC đến đặc tính khởi động LSPMSM và lựa chọn kích thước NCVC LSPMSM 2,2 kW 803.3.1 LSPMSM với độ dày NCVC khác nhau 813.3.2 LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau 84ớ ề ộ3.3.3 L a chự ọn kích thước NCVC cho LSPMSM 2,2 kW 873.4 K t luế ận chương 3 87CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QU 89Ả4.1 Gi i thi u chung 89ớ ệ4.2 ng d ng LabVIEW và Card NI USB-Ứ ụ 6009 đo đặc tính dòng điện

và tốc độ khởi động LSPMSM 894.2.1 Gi i thi u ph n m m LabVIEW 89ớ ệ ầ ề4.2.2 Card đo lường NI USB-6009 914.3 Mô hình thí nghi m LSPMSM 92ệ4.3.1 Đo dòng điện 924.3.2 Đo tốc độ LSPMSM 934.4 LSPMSM 2,2 kW th c nghi m 95ự ệ4.4.1 C u hình rôto LSPMSM 95ấ4.4.2 Gia công NCVC 954.4.3 Hoàn thi n rôto 96ệ4.4.4 L p ráp LSPMSM 96ắ4.4.5 Bàn th nghi m LSPMSM 97ử ệ4.5 K t qu mô phế ả ỏng và đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện khởi động LSPMSM

ở ch không t i 98ế độ ả4.5.1 Đặc tính dòng điện khởi động 984.5.2 Đặc tính tốc độ khởi động 994.6 K t luế ận chương 4 100

K T LU N VÀ KI N NGH 102Ế Ậ Ế Ị

TÀI LI U THAM KH O 103Ệ ẢTiếng Vi t 103ệTiếng Anh 103DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ C A LU N ÁN 109Ủ Ậ

PHỤ Ụ L C A 110PHỤ Ụ L C B 130PHỤ Ụ L C C 137

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

Kí hiệu/

A Wb.m-1 Vectơ từ thế

Ag m2 Tiết diện hữu ích khe hở không khí

Am m2 Tiết diện bề mặt khối NCVC

Asy m2 Tiết diện gông từ stato

Ast m2 Tiết diện trung bình răng stato

Ary m2 Tiết diện trung bình gông từ rôto

Ary1 m2 Tiết diện trung bình gông từ rôto phần trên NCVC

Ary2 m2 Tiết diện trung bình gông từ rôto phần dưới NCVC

Art m2 Tiết diện trung bình răng rôto

a m Chiều rộng vành ngắn mạch

a1 Số mạch nhánh song song

B Tesla Mật độ từ thông

B Tesla Mật độ từ thông quy đổi trong khe hở không khí

Bg Tesla Mật độ từ thông khe hở không khí

Br Tesla Mật độ từ thông dư NCVC

Bsy Tesla Mật độ từ thông gông từ stato

Bst Tesla Mật độ từ thông răng stato

Bry Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto

Bry1 Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto phía trên khối NCVC

Bry2 Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto phía dưới khối NCVC

Brt Tesla Mật độ từ thông răng rôto

Bs Tesla Mật độ từ thông bão hòa lõi thép rôto

b m Chiều cao vành ngắn mạch

b42 m Bề rộng miệng rãnh rôto

C1 Hệ số biến đổi tương đương rãnh hở stato khi bão hòa mạch từ

C2 Hệ số biến đổi tương đương rãnh hở rôto khi bão hòa mạch từ

c m Chiều dày cách điện rãnh

c' m Chiều dày cách điện trên nêm

cv Hệ số thể tích NCVC

Fqs A Từ thế sinh ra bởi dòng iqs

Fry A Sức từ động gông từ rôto

Fry1 A Sức từ động gông từ rôto phía trên khối NCVC

Fry2 A Sức từ động gông từ rôto phía dưới khối NCVC

Fztb A Sức từ động trung bình một rãnh stato

FEM Phương pháp phần tử hữu hạn

g m Chiều dài khe hở không khí

g' m Khe hở không khí tương đương có tính đến răng rãnh stato và rôto g"d m Chiều dài khe hở không khí quy đổi theo trục d

g"q m Chiều dài khe hở không khí quy đổi theo trục q

Hc A/m Lực kháng từ NCVC

Hsy A/m Cường độ từ trường gông từ stato

st

Hry A/m Cường độ từ trường gông từ rôto

Hry1 A/m Cường độ từ trường gông từ rôto phía trên khối NCVC

Hry2 A/m Cường độ từ trường gông từ rôto phía dưới khối NCVC

hr2 m Chiều cao rãnh rôto

IPM Động cơ đồng bộ NCVC gắn chìm

Iđm A Dòng định mức stato

ids A Thành phần dòng điện stato dọc trục

iqs A Thành phần dòng điện stato ngang trục

In A Dòng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 Inbh A Dòng ngắn mạch khi xét đến bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài với

s = 1

Ik A Dòng điện khởi động

ias, ibs, ics A Dòng điện pha A, B, C

JR kg.m2 Mômen quán tính rôto

k 1 Hệ số khe hở không khí stato

k 2 Hệ số khe hở không khí rôto

kfq Hệ số hình dáng từ hóa ngang trục

kfd Hệ số hình dáng từ hóa dọc trục

kFe Hệ số ép chặt lá thép

k L(s) Hệ số điện cảm hiệu ứng mặt ngoài

k R(s) Hệ số điện trở hiệu ứng mặt ngoài

kbhx1 Hệ số bão hòa điện kháng tản stato

kbhx2 Hệ số bão hòa điện kháng tản rôto

krl Hệ số quấn rải dây quấn stato

ky1 Hệ số bước ngắn dây quấn stato

L1 m Chiều dài dây quấn 1 pha stato

LSPMSM Động cơ đồng bộ NCVC khởi động trực tiếp

LPM Phương pháp mô hình tham số tập trung

Ld H Điện cảm đồng bộ dọc trục stato

Lq H Điện cảm đồng bộ ngang trục stato

Lls H Điện cảm tản cuộn dây stato

Lmd H Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục

Lmq H Điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục

L’lr H Điện cảm tản lồng sóc rôto quy đổi

L’r0 H Điện cảm tổng của điện cảm tản tạp và đấu nối rôto

L’r2 H Điện cảm tản rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt ngoài

L’r2~ H Điện cảm tản rãnh rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài

l1 m Chiều dài tác dụng của lõi sắt stato

l2 m Chiều dài tác dụng của lõi sắt rôto

lđ1 m Chiều dài phần đầu nối stato

lsy m Chiều dài trung bình của từ trường đi trong gông từ stato

lst m Chiều dài trung bình răng rôto

lry m Chiều dài trung bình của từ trường đi trong gông từ rôto

lry1 m Chiều dài trung bình của từ trường đi trong gông từ rôto phía trên khối NCVC lry2 m Chiều dài trung bình của từ trường đi trong gông từ rôto phía trên khối NCVC

m Số pha dây quấn stato

n vg/ph Tốc độ động cơ

Pđm W Công suất định mức của động cơ

Pout W Công suất đầu ra tr n trục động cơê

Pg Wb/A.vg Từ dẫn khe hở không khí

Pm Wb/A.vg Từ dẫn khối NCVC

Rg A.vg/Wb Từ trở khe hở không khí

Rbm A.vg/Wb Từ trở tương đương

Rm0, Rm A.vg/Wb Từ trở khối NCVC

Rmm A.vg/Wb Từ trở cầu nối lõi thép rôto

Rml A.vg/Wb Từ trở barrier từ đầu cực khối NCVC

Rry A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto

Rry1 A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto phía trên khối NCVC

Rry2 A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto phía dưới khối NCVC

Rst A.vg/Wb Từ trở răng stato

Rsi M Bán kính trong lõi thép stato

r1 Điện trở pha cuộn dây stato

r'2 Điện trở rôto quy đổi stato

rn Điện trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 rtd Điện trở thanh dẫn rôto

r'td Điện trở thanh dẫn rôto quy đổi

r’td~ Điện trở thanh dẫn rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài

rv Điện trở vành ngắn mạch rôto

r'v Điện trở vành ngắn mạch rôto quy đổi

Sr2 m2 Tiết diện rãnh rôto

Std m2 Tiết diện thanh dẫn lồng sóc

xad Điện kháng từ hóa đồng bộ dọc trục

xaq Điện kháng từ hóa đồng bộ ngang trục

xd Điện kháng đồng bộ dọc trục

xq Điện kháng đồng bộ ngang trục

x1 Điện kháng tản dây quấn stato

x1bh Điện kháng tản dây quấn stato khi xét đến bão hòa mạch từ

x'2 Điện kháng tản rôto quy đổi về stato

x’r2 Điện kháng tản rãnh rôto quy đổi về stato

x'2 bh Điện kháng tản rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão

hòa mạch từ

xn Điện kháng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1

xn bh Điện kháng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa mạch từ

w1, Nph Vòng Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn stato

zn Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1

zn Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa

mạch từ

Ký hiệu chữ Latin

rec Độ từ thẩm tương đối

rad Góc xoay rôto Al(75) m Điện trở suất của nhôm ở 75 0C

Cu(75) m Điện trở suất của đồng ở 75 0C

y1 m Chiều rộng trung bình phần tử dây dẫn stato

Tỷ số giữa chiều cao của rãnh và chiều sâu hiệu ứng bề mặt rãnh 'M Wb Từ thông móc vòng stato do NCVC sinh ra

d, q Wb Từ thông móc vòng cuộn phần ứng trục d, q máy điện đồng bộ

tổng quát M1 Wb Từ thông cơ bản do NCVC sinh ra

g Wb Từ thông khe hở không khí

rt Wb Từ thông khe hở không khí đi qua răng rôto

st Wb Từ thông khe hở không khí đi qua răng stato

sy Wb Từ thông khe hở không khí đi qua gông stato

ry Wb Từ thông khe hở không khí đi qua gông rô to

Hệ số quy đổi rôto sang stato

t 1bh Hệ số từ dẫn tản tạp stato khi xét đến bão hòa mạch từ

t2 Hệ số từ dẫn tản tạp rôto khi xét đến bão hòa mạch từ

t2bh Hệ số từ dẫn tản tạp rôto

đ 1 Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối stato

đ2 Hệ số từ dẫn phần đấu nối rôto

st Tỷ số giữa tiết diện răng trung bình và tiết diện một bước răng stato

rt Tỷ số giữa tiết diện răng trung bình và tiết diện một bước răng rôto

% Hiệu suất động cơ

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

B ng 2.1ả Các hàm gi i gả ần đúng phương trình vi phân trong Simulink 22

B ng 2.2ả Thông s LSPMSM 2,2 kW, 3 pha, tố ốc độ 1.500 vòng/phút 26

B ng 3.1ả K t qu ế ả tính toán đặc tính Lmq với hai phương pháp LPM và PTHH 41

B ng 3.2ả K t qu ế ả tính toán đặc tính Lmd với hai phương pháp LPM và PTHH 50

B ng 3.3ả Điện tr ở suất , mm2/m 64

B ng 3.4 ả Giá tr ị điện tr stato, rôto theo nhiở ệt độ 65

B ng 3.5ả Thông s qu t ly tâm VTL 4B 03 67ố ạ B ng 3.6ả Thông s LSPMSM 2,2 kW xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t 74ố ệ ứ ặ ạ ừ B ng 3.7ả K t qu ế ả tính toán đặc tính Lmd v i ba dày NCVC khác nhau 82ớ độ B ng 3.8ả Thông s LSPMSM 2,2 kW vố ới độ dày NCVC khác nhau 82

B ng 3.9ả Mômen t i cả ực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được với độ dày NCVC khác nhau 83

B ng 3.10ả Hiệu su t và h s công su t LSPMSM vấ ệ ố ấ ới độ dày NCVC khác nhau 83

B ng 3.11ả K t qu ế ả tính toán đặc tính Lmq v i ba b r ng NCVC khác nhau 85ớ ề ộ B ng 3.12ả B ng t ng h p Eả ổ ợ 0 v i ba b r ng NCVC khác nhau 85ớ ề ộ B ng 3.13 ả Thông s LSPMSM 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 85ố ớ ề ộ B ng 3.14 ả Mômen t i cả ực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được v i b r ng NCVC ớ ề ộ khác nhau 86

B ng 3.15 ả Hiệu su t và h s công su t LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau 86ấ ệ ố ấ ớ ề ộ

B ng 3.16 ả Tiêu chu n hi u su t cẩ ệ ấ ủa động cơ KĐB 2,2 kW, b n c c theo IEC 87ố ự

B ng 3 17ả Thông s LSPSM 2,2 kW vố ới kích thước NCVC được ựl a ch n ọ

và SCIM 3K112- S4 ở chế độ ậ v n hành xác l p 87ậ

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Động cơ Merrill C u hình c- ấ ủa LSPMSM nam châm AlNiCo đầu tiên 5Hình 1.2 Các dạng động cơ khởi động tr c ti p 8ự ếHình 1.3 Tám c u hình LSPMSM ph bi n 9ấ ổ ếHình 1.4 C u hình rôto LSHIPMM 12ấHình 1.5 C u hình LSPMSM do H Saikura và c ng s ấ ộ ự đề xuất 12Hình 1.6 C u hình và mấ ật độ ừ t thông c a LSPMSM khi phân tích b ng FEM 13ủ ằHình 2.1 Sơ đồ ổ t ng quát của máy điện đồng b 15ộHình 2.2 Sơ đồ ổ t ng quát của máy điệ đồn ng b có dây qu n ph n ộ ấ ầ ứng đặt ở stato,

dây qu n ph n ng rôto 15ấ ầ ứ ởHình 2.3 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c d c a LSPMSM 20ế ụ ủHình 2.4 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c q c a LSPMSM 20ế ụ ủHình 2.5 Khối biến đổi uabc sang udq 22Hình 2.6 Khối tính toán dòng d c tr c và ngang tr c 23ọ ụ ụHình 2.7 Khối biến đổi dòng ngược 24Hình 2.8 Mô hình LSPMSM được mô ph ng b ng MATLAB/Simulink 24ỏ ằHình 2.9 Động cơ không đồng b 3 pha 3K112-S4, 2,2 kW, 1.450 vòng/phút - HEM 25ộHình 2.10 LSPMSM 2,2 kW được hi u ch nh t ệ ỉ ừ động cơ 3 pha không đồng b ộ

3K112- 25S4Hình 2.11 Sơ đồ dây qu n LSPMSM 3 pha, 2,2 kW 26ấHình 2.12 Đặc tính khởi động c a LSPMSM 27ủHình 3.1 Sơ đồ ạ m ch t LPM tính giá tr Lừ ị mq c a LSPMSM 35ủHình 3.2 Kích thước răng, rãnh LSPMSM 3 pha, 2,2 kW, b n c c 36ố ựHình 3.3 Lưu đồ thu t toán tính toán Lậ mq = f(iqs) 37Hình 3.4 C u hình LSPMSM th nghi m 38ấ ử ệHình 3.5 Chia lưới ph n t h u h n LSPMSM th nghi m 38ầ ử ữ ạ ử ệHình 3.6 Đường đặc tính thép B50-A800 39Hình 3.7 Đặc tính Lmq = f(i qs) với thép 1008, độngcơ LSPMSM 2,2 kW 39Hình 3.8 T thông LSPMSM th nghi m 2,2 kW khi tính toán Lừ ử ệ mq 40Hình 3.9 Đặc tính Lmq = f(i qs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW 40ủ ử ệHình 3.10 Đặc tính Lmq = f(iq) v i thép B50-A800 s d ng PTHH(FEM) và LPM 41ớ ử ụHình 3.11 Đặc tính Lmd = f(ids) do Mirahki và Lovelace tính toán cho IPM 43Hình 3.12 M ch t LPM luạ ừ ận án đề xuất để tính toán đặc tính Lmd = f(ids) 44

Hình 3.13 Các kích thước cơ bản c a barrier t không khí 45ủ ừHình 3.14 M ch t LPM rút gạ ừ ọn để tính toán L md 46Hình 3.15 Lưu đồ thu t toán tính toán Lmd = f(ids) 47ậHình 3.16 Đặc tính Lmd = f(ids) LSPMSM 2,2 kW thử nghi m, 3 pha, 2,2 ệ kW 48Hình 3.17 Chia lưới ph n t h u h n khi mô phầ ử ữ ạ ỏng LSPMSM để tính toán Lmd

v Maxwell 2D 48ới Hình 3.18 T thông c a LSPMSM 2,2 kW khi tính toán Lừ ủ md 49Hình 3.19 Đặc tính Lmd = f(ids) thu được c a LSPMSM th nghi m ủ ử ệ

2,2 kW-ANSYS/MAXWELL 2D 49Hình 3.20 Đặc tính Lmd = f(ids) với phương pháp LPM đề xuất và phương pháp PTHH 50Hình 3.21 Phân b mố ật độ ừ t thông trong LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i iử ệ ớ ds = 2A 51Hình 3.22 Phân b mố ật độ ừ t thông trong LSPMSM 2,2 kW v i iớ ds = 20A 51Hình 3.23 Mạch điện thay th ế trục d khi xét ảnh hưởng c a bão hòa m ch t ủ ạ ừ

đến điện c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq 52ộ ọ ụ ụHình 3.24 Mạch điện thay th ế trục q khi xét ảnh hưởng c a bão hòa m ch t ủ ạ ừ

đến điện c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq 52ộ ọ ụ ụHình 3.25 Đặc tính khởi động c a LSPMSM xét ủ ảnh hưởng bão hòa m ch t ạ ừ

đến điện c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq, J = JR 53ộ ọ ụ ụHình 3.26 Phân b t ố ừ trường t n trong rãnh rôto l ng sóc 54ả ồHình 3.27 Tiết di n c t ngang c a m t rãnh rôto l ng sóc 55ệ ắ ủ ộ ồHình 3.28 Đặc tính k R(s) c a LSPMSM th nghi m 56ủ ử ệHình 3.29 Đặc tính k L(s) c a LSPMSM th nghi m 57ủ ử ệHình 3.30 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c d hi u chế ụ ệ ỉnh xét đến hi u ng m t ngoài 58ệ ứ ặHình 3.31 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c q hi u chế ụ ệ ỉnh xét đến hi u ng m t ngoài 58ệ ứ ặHình 3.32 Đặc tính khởi động c a LSPMSM xét hi u ng m t ngoài 58ủ ệ ứ ặHình 3.33 Đặc tính khởi động c a LSPMSM không xét hi u ng m t ngoài 59ủ ệ ứ ặHình 3.34 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c d xét nh ế ụ ả hưởng bão hòa m ch t ạ ừ

và hi u ng mệ ứ ặt ngoài đến x1, x’2, r’2 62Hình 3.35 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c q xét ế ụ ảnh hưởng bão hòa m ch t ạ ừ

và hi u ng mệ ứ ặt ngoài đến x1, x’2, r’2 63Hình 3.36 Đặc tính khởi động LSPMSM xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t t n 63ệ ứ ặ ạ ừ ảHình 3.37 Đặc tính khởi động c a LSPMSM t i m t s nhiủ ạ ộ ố ệt độ môi trường làm vi c ệ

khác nhau, J = JR, Mt i ả = Mđm 65Hình 3.38 Đặc tính khởi động LSPMSM v i t i qu t gió 67ớ ả ạHình 3.39 Đặc tính khởi động LSPMSM v i các mômen quán tính khác nhau 68ớ

Hình 3.40 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c d hi u ch nh c a LSPMSM 70ế ụ ệ ỉ ủHình 3.41 Sơ đồ ạch điệ m n thay th tr c q hi u ch nh c a LSPMSM 71ế ụ ệ ỉ ủHình 3.42 M t s ộ ố sơ đồ kh i MATLAB/Simulink mô ph ng LSPMSM ố ỏ

có xét ảnh hưởng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 71ủ ệ ứ ặHình 3.43 M t s ộ ố sơ đồ kh i tính toán iố ds, iqs, idr, iqr xét ảnh hưởng bão hòa

và hi u ng m t ngoài 72ệ ứ ặHình 3.44 Sơ đồ kh i tính toán iố ds có xét ảnh hưởng của bão hòa và hi u ng m t ngoài 72ệ ứ ặHình 3.45 Sơ đồ kh i tính toán iố qs có xét ảnh hưởng của bão hòa và hi u ng m t ngoài 73ệ ứ ặHình 3.46 Sơ đồ khối tính toán L’qr, L’dr, Lls, r’2 có xét ảnh hưởng c a bão hòa ủ

và hi u ng m t ngoài 73ệ ứ ặ …Hình 3.47 Sơ đồ khối tính toán i’dr xét ảnh hưởng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 74ủ ệ ứ ặHình 3.48 Sơ đồ khối tính toán i’qr xét ảnh hưởng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 74ủ ệ ứ ặHình 3.49 Đặc tính khởi động LSPMSM có xét ảnh hưởng c a bão hòa ủ

và hi u ng m t ngoài, J = Jệ ứ ặ R 75Hình 3.50 Khai báo tính toán ảnh hưởng c a hi u ng dòng xoáy trong Maxwell 2D 76ủ ệ ứHình 3.51 L a chự ọn kích thước lưới ph n t h u h n cho thanh d n l ng sóc 77ầ ử ữ ạ ẫ ồHình 3.52 Chia lưới ph n t h u hầ ử ữ ạn được khi mô ph ng LSPMSM 77ỏHình 3.53 Đường t thông LSPMSM t i thừ ạ ời điểm t = 0,0005 s được mô ph ng b i ỏ ở

Maxwell 2D 77Hình 3.54 Đặc tính t c và dòng khố độ ởi động LSPMSM được mô ph ng b ng ỏ ằ

ANSYS/Maxwell 2D 78Hình 3.55 Đặc tính tốc độ LSPMSM được mô ph ng b ng ANSYS/Maxwell 2D ỏ ằ

và MATLAB/Simulink 79Hình 3.56 C u hình c a LSPMSM th nghi m v i m t s dày NCVC khác nhau 81ấ ủ ử ệ ớ ộ ố độHình 3.57 Đặc tính Lmd = f(ids) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i ba dày NCVC ủ ử ệ ớ độ

khác nhau 81Hình 3.58 Đặc tính tốc độ khởi động LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i dày NCVC ử ệ ớ độ

khác nhau 83Hình 3.59 C u hình LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 84ấ ử ệ ớ ề ộHình 3.60 Đặc tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC ủ ử ệ ớ ề ộ

khác nhau 84Hình 3.61 Đặc tính tốc độ khởi động LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC ử ệ ớ ề ộ

khác nhau 86Hình 4.1 Một ứng d ng cụ ủa LabVIEW trong điều khi n quá trình 90ểHình 4.2 Thi t b OEM NI USB-6009 91ế ịHình 4.3 Sơ đồ mô hình đo lường LSPMSM 92

Hình 4.4 Biến dòng EMIC: CT0.6 - 150/5A - 5VA - Cl 0,5 - N1 92

Hình 4.5 Giao diện LabVIEW đo lường dòng pha LSPMSM 93

Hình 4.6 Khối tính toán LabVIEW đo dòng pha LSPMSM 93

Hình 4.7 Encoder tương đối 94

Hình 4.8 Thi t k giao diế ế ện LabVIEW đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện LSPMSM 94 Hình 4.9 Khối tính toán LabVIEW đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện LSPMSM 95

Hình 4.10 C u hình rôto LSPMSM th c nghiấ ự ệm khi chưa có và có NCVC 95

Hình 4.11 Nam châm vĩnh cửu NdFeB s d ng trong LSPMSM th nghi m 96ử ụ ử ệ Hình 4.12 Quá trình lắp đặt LSPMSM th c nghi m 96ự ệ Hình 4.13 Phối ghép LSPMSM th c nghi m 97ự ệ Hình 4.14 Thử nghi m LSPMSM v i t i máy phát 97ệ ớ ả Hình 4.15 Đặc tính dòng khởi động LSPMSM 2,2 kW v MATLAB khi không t i 98ới ả Hình 4.16 Đặc tính dòng khởi động đo được v i LSPMSM 2,2 kW khi không t i 98ớ ả Hình 4.17 Đặc tính dòng khởi động mô ph ng và th c nghi m LSPMSM 2,2 kW 99ỏ ự ệ Hình 4.18 Đặc tính tốc độ khởi động c a LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB ủ ớ khi không t i 99ả Hình 4.19 Đặc tính tốc độ khởi động đo thự ế ủc t c a LSPMSM 2,2 kW khi không t i 100ả Hình A.1 M t s hình nh cộ ố ả ủa động cơ 3K112-S4 HEM 110

Hình A.2 C u t o sấ ạ tato động cơ 3K112-S4 HEM 110

Hình A.3 C u t o rãnh sấ ạ tato động cơ 3K112-S4 HEM 111

Hình A.4 C u tấ ạo rôto động cơ 3K112-S4 HEM 118

Hình A.5 C u tấ ạo rãnh rôto động cơ 3K112-S4 HEM 118

Hình B.1 C u trúc rôto LSPMSM 131ấ Hình B.2 M ch t thay th ạ ừ ế tương đương của LSPMSM 131

MỞ ĐẦU

Tính cấp thiết của luận án

Trong những năm qua, Việt Nam đã tập trung đầu tư phát triển nguồn và lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các mục tiêu phát triển kinh tế xã hội, đảm bảo an ninh, - quốc phòng của đất nước và đáp ứng nhu cầu điện cho sinh hoạt của nhân dân Tuy nhiên trong thời gian tới, đất nước sẽ còn gặp khó khăn trong việc bảo đảm cung cấp điện Để ổn định nguồn điện cho sản xuất, kinh doanh và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của nhân dân, trong thời gian qua các Bộ, Ban, Ngành và Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách, chỉ thị, đề án, giải pháp cụ thể để từng bước thực hiện tiết kiệm điện

Với mục đích sử dụng năng lượng có hiệu quả động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh , cửu (NCVC) khởi động trực tiếp (LSPMSM) có ưu điểm về hiệu suất sẽ là giải pháp thay thế một phần cho động cơ không đồng bộ KĐB trong một số lĩnh vực trong tương lai ( ) Thống kê lại, LSPMSM có các ưu điểm sau đây:

- Hiệu su t biấ ến đổi điệ cơ lớn- n

Do đó, nghiên ứ đặ c u c tính khởi động LSPMSM s ẽ là chìa khóa để ph bi n lo i ng ổ ế ạ độ

cơ này Vì v y, Nghiên cậ “ ứu đặc tính khởi động động cơ đồng b NCVC khộ ởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng c a bão hòa m ch t và hiủ ạ ừ ệu ứng m t ngoài”ặ là c p thi t và ấ ế

có tính th i s cao trong thờ ự ời điểm hi n nay.ệ

Mục đích của đề tài

Xây dựng mô hình toán nghiên c u c tính khđể ứ đặ ởi động của LSPMSM có xét đến

y u t bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài T c tính khế ố ạ ừ ệ ứ ặ ừ đặ ởi động thu được, đánh giá

nh ng y u t , thông s chính ữ ế ố ố ảnh hưởng đến quá trình khởi động

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên c u ứ

Đối tượng nghiên c u c a luứ ủ ận án là động cơ đồng b NCVC khộ ởi động tr c ti p, do ự ế

Ph m vi nghiên c u ạ ứ

Nghiên c u quá trình khứ ởi động c a LSPMSM ủ có xét đế ản nh hưởng c a bão hòa ủ

m ch t và hi u ng m t ngoài và th c nghi m vạ ừ ệ ứ ặ ự ệ ới động cơ công suất 2,2 kW

Phương pháp nghiên cứu

Để th c hiự ện đề tài lu n án, lu n án s dậ ậ ử ụng các phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên c u lý thuy t (mô hình toán ứ ế máy điện, mô ph ng trỏ ên máy tính) và phương pháp th c nghi m ự ệ

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học

Xây dựng được mô hình toán và mô ph ng quá trình khỏ ởi động c a LSPMSM có xét ủ

đế ảnh hưởn ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài ủ ạ ừ ệ ứ ặ

Ý nghĩa thực ti nễ

K qu nghiên c u s giúp ích cho các nhà thi t k , ết ả ứ ẽ ế ế chế ạ đánh giá và điề t o u ch nh ỉ

k t cế ấu để có c tính khđặ ởi động c a LSPMSM phù h p ủ ợ

Các đóng góp mới của luậ n án

- Xây dựng mô hình toán và mô ph ng c tính khỏ đặ ởi động của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài ủ ạ ừ ệ ứ ặ

- Áp dụng phương pháp mô hình tham số ập trung để tính toán đặc tính điệ t n c m t ả ừhóa ng b d c trđồ ộ ọ ục, ngang trục Lmd, Lmq c a LSPMSM ủ có xét đế ảnh hưởn ng bão hòa

m ch t ạ ừ

- Nghiên c u ứ ảnh hưởng hi u ng m t ngoài nh hệ ứ ặ ả ưởng n quá trình khđế ởi động của LSPMSM

- Thi t k và ch tế ế ế ạo động cơ LSPMSM m u 3 pha, 2,2 kW, tẫ ốc độ 1.500 vg/phút và

thực nghiệm đặc tính khởi động, hi u su t và h s công suệ ấ ệ ố ất.

Kết cấu của luận án bao gồm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử phát triển của LSPMSM

Động cơ đồng b NCVC khộ ởi động tr c tiự ếp (LSPMSM) đã có quá trình hình thành và phát tri n lâu dài, có th tóm tể ể ắt như sau [63]: Năm 1955, F W Merrill là người đầu tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn ch nhế ế ế ạ ộ ỉ , trong đó các thanh NCVC được ch t o t ế ạ ừFerrite và h p kim Alnico Tuy nhiên, NCVC Alnico có h s l c kháng t Hợ ệ ố ự ừ c thấp, kh ảnăng ổn định nhi t không cao, NCVC Ferrite l có mệ ại ật độ ừ t thông dư Br thấp, độ giòn cao Thêm vào đó, hai v t li u NCVC ậ ệ trên có các đường đặc tính kh t phi tuy n m nh, vì ử ừ ế ạ

v y s m t d n t tính trong quá trình hoậ ẽ ấ ầ ừ ạt động T i thạ ời điểm Merrill phát minh LSPMSM, các đặc tính t tính không t t c a NCVC ừ ố ủ đã ạh n ch kh ế ả năng phổ ến thương bi

mại đố ới loại động cơ ớ đầi v m i y tri n v ng này ể ọ Tiếp theo s phát minh c a Merrill, ự ủ đã có

m t vài t ộ ổ chức và nhà s n xuả ất động cơ quan tâm đến động cơ LSPMSM Khi công ngh ệ

v t li u NCVC phát tri n v i m t s thành tậ ệ ể ớ ộ ố ựu đáng kể thì mối quan tâm đố ớ động cơ i v i

đồng b NCVC (PMSM) ộ theo đó cũng tăng lên Một bước ngo t xu t hi n vào nhặ ấ ệ ững năm

1980 cho ngành ch tế ạo động cơ, v t liậ ệu NCVC đất hiếm ra đờ Trong đó, NCVC đất i

hiếm Neodymium Iron Boron (NdFeB) có các đặc tính ưu việ nhưt có mật độ ừ dư cao, t tích s ố năng lượng cực đại (BHmax) l n [25], 3] r phù h p trong ch tớ [5 ất ợ ế ạo động cơ điện,

đặc bi t là LSPMSM Trong gi a th p k 80, các nghiên c u ệ ữ ậ ỷ ứ chủ ế y u t p trung vào quá ậtrình v n hành xác l p c a LSPMSM và ậ ậ ủ đã chứng minh ưu điểm v hi u su t cề ệ ấ ủa dòng động cơ này Ti p sau , ế đó quá trình động được nghiên c u thông qua mô hình toán phân ứtích được vi t theo h ế ệ trụ ọa độc t d-q của động cơ Cu i thố ập niên 90, phương pháp phân tích ph n t h u hầ ử ữ ạn ắt đầ được ứng db u ụng để mô ph ng ỏ quá trình đồng b và khộ ởi động LSPMSM, đây là ữnh ng vấn đề quan tr ng nh t trong thi t k ọ ấ ế ế động cơ Ở cùng thời điểm,

các phương pháp ước lượng thông s ố và phương pháp phân tích phần t h u h n ử ữ ạ cũng được phát tri n m nh m Sau kho ng th i gian 10 - ể ạ ẽ ả ờ 12 năm ti p theo, ế trong lĩnh vực s n ảxuất công nghiệp, người ta bắt đầu chú ý đế LSPMSM LSPMSM đượn c phát tri n và ng ể ứ

d ng trong công nghi p ụ ệ xuất phát t nhu c u v ừ ầ ề động cơ có hiệu su t cao, chi phí v n hành ấ ậthấp Bên cạnh đó, xu hướng ng d ng LPSMSM trong công nghi p còn do LSPMSM đáp ứ ụ ệ

ứng các tiêu chuẩn qu c t ố ế quy định hi u suệ ất đối với động cơ điện ngày càng cao Trên

th c t , có nhi u ự ế đã ề quy định tiêu chuẩn ệhi u suất năng lượng, chính sách năng lượng được ban hành t i M (1992), Canada (1997) và gạ ỹ ần đây là Liên minh châu Âu vào tháng 6 năm 2014 ban hành tiêu chuẩn IEC 60034-30-1:2014 T i Viạ ệt Nam, năm 2013 Tiêu chuẩn

qu c gia TCVN 7540-1: 2013 ố đã được ban hành Ở thời điểm hi n t i, LSPMSM ệ ạ đã và đang đượ ậc t p trung nghiên c u và ch t o, các thi t k m i liên tứ ế ạ ế ế ớ ục được phát minh nh m ằ

mục đích nâng cao hi u su t, công su t và d lệ ấ ấ ễ ắp đặt [63] Th c t , m t s ự ế là ộ ố hãng đã chế

tạo được LSPMSM có công suất ất ớr l n (hãng DAMEL Ba Lan đã sản xu t LSPMSM ấ

1.2 Ưu điểm của LSPMSM

Theo [18], so với các động cơ ở thời điểm hiện nay như động cơ KĐB rô: to l ng sóc, ồđộng cơ KĐB to dây qurô ấn, động cơ đồng b , LSPMSM ộ cócác ưu điểm sau:

- Hiệu su t biấ ến đổi điệ cơ lớn- n

- H s công su t cao, th m chí có th b ng m ệ ố ấ ậ ể ằ ột

- Là m t loộ ại trong dòng động cơ đồng b không p xúc, do v y so vộ tiế ậ ới các động cơ

đồng b ti p xúc khác chúng có tu i th làm vi c cao, d bộ ế ổ ọ ệ ễ ảo dưỡng

- Có kh ả năng khởi động trực ti p t ế ừ lưới

Chính vì nh ng tính ch t trên mà LSPMSM hi n ữ ấ ệ đang được ật p trung nghiên c u ứ và

k v ng s thay th m t ph n ỳ ọ ẽ ế ộ ầ cho động cơ KĐB (hiện đang được s d ng ph bi n) trong ử ụ ổ ế

m t s ộ ố lĩnh vực trong th i gian t i ờ ớ

1.3 Nhược điể m của LSPMSM

Bên cạnh ưu điểm, LSPMSM còn t n t i m t s ồ ạ ộ ố nhược điểm trong đó nhược điểm ớl n

c n ph i kh c ph c ầ ả ắ ụ là [5], [14]: Động cơ khó khởi động

1.4 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về LSPMSM

1.4 .1 Các nghiên cứu trong nướ c

Hiện nay, trong nước các nghiên c u v ứ ề LSPMSM chưa n ềhi u, có th tóm t t m t s ể ắ ộ ốnghiên c u ứ như sau:

Tác gi ả Bùi Đức Hùng và c ng s (2013) ] nghiên c u thi t k và ộ ự [3 ứ ế ế chế ạ t o PMSM có công suất dưới 1 kW Các tác gi nghiên c u, thi t k và ch tả ứ ế ế ế ạo thành công động cơPMSM công su t ấ dưới 1 kW có tính ng dứ ụng cao trong đờ ống i s

Tác gi Nguyả ễn Vũ Thanh (2015) [8] nghiên c u thi t k tứ ế ế ối ưu động cơ đồng b ộ 3 pha NCVC (LSPMSM) Trong nghiên c u, tác gi t p trung xem xét thu t toán thi t k , ứ ả ậ ậ ế ế

chế ạ t o hoàn ỉnh động cơ đồch ng b 3 pha NCVC khộ ởi động tr c ti p t lưự ế ừ ới điện, t ừ đó thực hi n tệ ối ưu để nâng cao hi u su t, h s công su t cos và gi m th tích NCVC ng ệ ấ ệ ố ấ ả ể độ

cơ chế ạ t o theo công ngh xu t ệ đề ấ

1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới

Ở thời điểm hi n t i, các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM ệ ạ ứ ế ớ ề đa dạng do v t li u ậ ệNCVC t hiđấ ếm ngày càng r và sẻ ẵn có Thêm vào đó, các tiêu chuẩn ố ế cũng như các qu c t nước hiện nay đều yêu c u m c hi u su t i v i ầ ứ ệ ấ đố ớ động cơ điện ngày càng cao, trong khi động cơ KĐB ần như đã đạ đến ngưỡ g t ng hi u su t tệ ấ ối đa, vi c nâng ca là rệ o ấ khó khănt [16] Vì v y LSPMSM ậ đang thu hút được s ự được quan tâm t các nhà nghiên c u và sừ ứ ản xuất động cơ Tóm lượ c các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM có th k ứ ế ớ ề ể ể đến như sau:

F W Merrill 3] [6 được coi là người đầu tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn ế ế ế ạ ộchỉnh vào năm 1955, tại thời điểm đó NCVC thường là Ferrite (oxít s t) ho c h p kim ắ ặ ợAlNiCo (h p kim cợ ủa niken, nhôm, coban cùng v i vi c k t h p m t s h p ch t khác) ớ ệ ế ợ ộ ố ợ ấHình 1.1 bi u di n m t c t ngang ể ễ ặ ắ động cơ do Merrill phát minh, động cơ có 4 vòng lặp

t thông (A, B, C và D) V i cừ ớ ấu hình sơ khai này, không có thành ph n mômen t ầ ừ trởđộng cơ

Hình 1.1 Động cơ Merrill C- ấu hình c a LSPMSM nam châm AlNiCo (ngu n: ủ ồ [63])

K J Binns và Banard (1971) [50 nghiên c] ứu và đánh giá hiệu su t cấ ủa ột m dòng động cơ mớ động cơ LSPMSMi ( ) Các tác gi khả ẳng định, b ng vi c thêm vào các thanh ằ ệNCVC trong c u trúc rôto, hi u su t và h s công su t cấ ệ ấ ệ ố ấ ủa động cơ đã được nâng cao đáng kể, không c n ph i có c u trúc rôto ph c t p hay công ngh ch t o chi phí l n ầ ả ấ ứ ạ ệ ế ạ ớ đi kèm Cũng theo các tác gi , ả để đánh giá quá trình quá độ và xác l p c a LSPMSM c n có ậ ủ ầ

m t mô hình toán v i các thông s u vào ph thu c cộ ớ ố đầ ụ ộ ấu hình động cơ ấ(c u hình stato, rôto, v trí các thanh nam châm, các t m c n t ,ị ấ ả ừ …) [51]

Honsinger (1980) 8] nghiên c u [7 ứ đề xuất mô hình toán của LSPMSM được vi t theo ế

h tệ ọa độ d, q v i các thông s ớ ố đầu vào là điện áp, điện cảm, điện tr stato và rôto, t thông ở ừkhông t do NCVC sinh ra, Do công ngh tính toán ải … ệ thời điểm này chưa phát triển nên Honsinger không tr c ti p gi i bài toán vi phân, mà thông qua mô hình toán Honsinger xây ự ế ả

d ng các ự phương trình tính toán mômen KĐB (mômen l ng sóc) và mômen c n ồ ả dướ ại d ng các hàm s ố giải tích Cũng trong năm 1980 9], Honsinger nghiên c[7 ứ phương pháp u tính toán LSPMSM ở chế độ ậ v n hành xác l p ậ có tính đế ổn t n hao sắt Ông đề xuất hai phương pháp, phương pháp đầu tiên ng d ng lý thuyứ ụ ết máy điện đồng b ộ thông thường b ng cách ằ

s d ng các ử ụ phương trình pha được hi u ch nh thông qua b sung m ch t ph Pệ ỉ ổ ạ ừ ụ hương pháp thứ hai ng d ng t ng tr ứ ụ ổ ở máy điệ trong đó ổn, t ng tr ở được hi u chệ ỉnh để tính đến ảnh hưởng c a t n hao s t Tác gi k t lu n, khi thi t k ph i tính toán chi ti t các t n hao, ủ ổ ắ ả ế ậ ế ế ả ế ổ

đặc bi t i vệ đố ới các động cơ công suất nh có t n th t s t, t n th t ng n m trong gi i ỏ để ổ ấ ắ ổ ấ đồ ằ ớ

h n m b o ạ đả ả chỉ tiêu v m hi u su t Honsigner (1982) [80] nghiên c u tính toán m t s ề ặt ệ ấ ứ ộ ốthông s ố cơ bản c a LSPMSM: ủ Điện c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c ộ ọ ụ (Lmd), điện c m t hóa ả ừ

đồng b ngang tr c (Lmq), sộ ụ ức điện động cảm ứng không t i (Eả 0) Honsinger nghiên cứu

m t s cộ ố ấu hình cơ bản của động cơ, từ ấu hình cơ bả c n s ẽ giải quy t c u hình khác phế ấ ức

tạp hơn Trong nghiên c u, Honsinger ứ cũng cho rằng các đặc tính c a LSPMSM ủ ở chế độ

v n hành xác l p ph thu c nhi u vào các thông s sậ ậ ụ ộ ề ố ức điện động cảm ứng không t Eải 0, điện c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c và ngang tr c (Lộ ọ ụ ụ md, Lmq)

T Miler (1984) 2] nghiên c u quá trình khJ [7 ứ ởi động c a LSPMSM, ủ trong đó tác gi ả

trong quá trình khởi động, mômen điệ ừ ổng t h p cn t t là ổ ợ ủa các thành ph n mômen ầ KĐB

(induction torque), mômen t ừ trở reluctance torque ( ) và mômen c n do NCVC sinh ra ả(braking torque) Trong các thành ph n mômen, mômen do NCVC sinh ra làm cho t ng ầ ổmômen kéo gi m, dả ẫn đến quá trình khởi động c a LSPMSM g p ủ ặ khó khăn Miller kết luận, LSPMSM có đường đặc tính mômen/độ trượ ốc, do điệt d n tr l ng sóc nh , s có kh ở ồ ỏ ẽ ảnăng đồng b hóa tộ ốt, đặc biệt đố ới động cơ công suấ ớ Nhưng ngượ ại v t l n c l i, có th d n ể ẫ

đến giá tr mômen m máy b suy gi m, tị ở ị ả rong trường h p này ph i thi t k l ng sóc kép ợ ả ế ế ồQua thực nghi m vệ ới động cơ thí nghiệm 25 Hp, 3 pha, 460 V, tốc độ 1.800 vòng/phút, Miller nh n m nh quá trình khấ ạ ởi động là vấn đề then chố ủt c a LSPMSM, vì v y trong khi ậthi t k c n ph i l a ch n các thông s h p lý m b o quá trình khế ế ầ ả ự ọ ố ợ để đả ả ởi động của động

cơ Miller và c ng s (2003) 3] nghiên c u LSPMSM v i c u hình NCVC gộ ự [7 ứ ớ ấ ắn chìm Theo các tác gi , hiả ện tượng bão hòa m ch t s c bi t ph c tạ ừ ẽ đặ ệ ứ ạp đố ới i v LSPMSM gắn chìm do các ph n lõi thép bên trong k t c u rôto lúc v n hành s có mầ ế ấ ậ ẽ ức độ bão hòa khác nhau Đôi khi bão hòa m ch t s ạ ừ ẽ ảnh hưởng ớn đế l n giá tr ị điện c m và sả ức điện động

cảm ứng NCVC Phương pháp truyền thống thường s d ng các thông s này tính toán ử ụ ố đểmômen, dòng điệ điện, n áp,… vì v y k t qu ậ ế ả thu được có th không chính xác Bên c nh ể ạphương pháp tính toán truyền th ng, ố phương pháp ph n t h u h n (PTHH) v i kh ầ ử ữ ạ ớ ả năng giải quyết các bài toán điệ ừ trườn t ng có độ chính xác cao cũng được s dử ụng để tính toán mômen, dòng điện, điện áp nhưng ốc độ t tính toán ch m T các phân tích trên, tác gi ậ ừ ả đềxuất phương pháp đồ ị ứ ừ độ th s c t ng - t thông (Flux - MMF Diagrừ am) để tính toán mô

ph ng ỏ các đặc tính LSPMSM Qua nghiên c u và th c nghi m, Miller khứ ự ệ ẳng định phương pháp s c t đồ thị ứ ừ động - t ừ thông đề xuất có th ể xác định các thông s Xố d, Xq, E0 tương tựphương pháp PTHH ngoài ra phương pháp này có thể xác đị, nh các thông s trên trong ốđiều ki n v n hành không phệ ậ ải lý tưởng

M A Rahman, A M Osheiba và T S Radwan (1997) 4] nghiên c u quá trình kh[5 ứ ởi động LSPMSM Tác gi nghiên c u mômen ả ứ điện t t ng h p trong quá trình khừ ổ ợ ởi động Nghiên c u cho r ng mômen ứ ằ điệ ừ ổn t t ng h p t h p cợ là ổ ợ ủa mômen trung bình thời điểm

v n hành xác l p ậ ậ và mômen dao động Mômen trung bình s có tác dẽ ụng kéo động cơ vào

đồng bộ, trong khi đó mômen dao động làm cho động cơ rung và ồn trong quá trình kh i ở

động T ừ phương trình mômen trung bình và mômen dao động, các tác gi ả đề xuất phương pháp tính toán mômen điệ ừ ổn t t ng h p nghiên c u quá trình khợ để ứ ởi động động cơ Bên

cạnh đó, tác gi ả cũng ử ụng phương trình mômen điệ ừ ổs d n t t ng h p nghiên c u m t sợ để ứ ộ ố ảnh hưởng c a tham s ủ ố động cơ đến quá trình khởi động như: điện áp, t n s ngu n c p, t ầ ố ồ ấ ỷ

l c c l iệ ự ồ , điện áp không t i ả Để ể ki m nghi m, k t qu tính toán t ệ ế ả ừ phương pháp đề xuất ẽs được so sánh v i k t qu th nghi m trên m t LSPMSM m u Qua nghiên c u quá trình ớ ế ả ử ệ ộ ẫ ứ

khởi động LSPMSM, các tác gi cho rả ằng các thông s cố ủa động cơ đều ảnh hưởng đến quá trình khởi động của động cơ Các tác gi kả ết luận LSPMSM có mômen khởi động lớn (có kh ả năng khởi động v i mômen t i caoớ ả , điện áp ngu n c p nhồ ấ ỏ) thì khả năng đồng b ộhóa s ẽ thấp, ngoài ra t n s ngu n c p cao thì mômen ầ ố ồ ấ điện t t ng h p sinh ra nh , bên ừ ổ ợ ỏ

cạnh đó ả năng đồkh ng b cộ ủa LSPMSM còn ph thuụ ộc nhi u vào t l c c l i Xề ỷ ệ ự ồ d/Xq Juliette Soulard, Hans - Peter Nee (2000) 8] nghiên c u quá trình kh[4 ứ ởi động của LSMPSM Nghiên c u ch ra rứ ỉ ằng kh ả năng ởi độkh ng c a LSPMSM ph thu c nhi u vào ủ ụ ộ ềthông s ố động cơ M t s thông s ộ ố ố chị ảnh hưởu ng của ộ ố ế ốm t s y u t khác như nhiệt độ, vì

v y s khó ậ ẽ khăn để tính toán chính xác ở chế độ quá độ Trên cơ sở phân tích, các tác gi ả

đề xu t ấ phương trình tính toán mômen t ứải ng d ng hàm Lyapunov Các tác gi k t lu n, ụ ả ế ậđây là phương pháp đơn giản để xác định mômen t i l n nhả ớ ất mà động cơ LSPMSM có thể

khởi động được Bên cạnh đó, phương pháp cũng có th ể được ứng dụng để xét ảnh hưởng

có th ng dể ứ ụng để đánh giá động cơ sơ bộ trong khâu thi t k ế ế

Ugale, Nagabhushanrao, Chaudhari và Bhasme (2008) 2] nghiên c u quá trình quá [6 ứ

độ ủ c a LSPMSM khi ngắt ngu n c p trong th i gian ng n Theo các tác gi , LSPMSM ồ ấ ờ ắ ả

r ng NCVC s không b kh t ằ ẽ ị ử ừ ở điều ki n trên Ugale, Singh, Bake và Chaudhari (2009) ệ[61] nghiên c u hi u qu t kiứ ệ ả tiế ệm năng lượng khi ng d ng LSPMSM trong ngành nông ứ ụnghi p ệ Ấn Độ Theo nghiên c u, tứ rong lĩnh vực nông nghi p ệ động cơ KĐB 3 pha, công suất 5 Hp, 415 V, 7,3 A, b n c c, 50 Hz, hi u su t 85%, h s công su t 0,82 là lo i được ố ự ệ ấ ệ ố ấ ạ

s d ng ph bi n nh t ử ụ ổ ế ấ Để đánh giá, tác giả so sánh các c u hình LSPMSM khác nhau ấTrong đó, stato đượ ậc t n d ng t ụ ừ động cơ KĐB 5 Hp sẵn có, rôto được thi t k l i l ng sóc ế ế ạ ồ

để đả m b o kh ả ả năng khởi động, bên trong lõi thép rôto t các thanh NCVC có hình d ng đặ ạkhác nhau Các tác gi nghiên c u 6 c u hìả ứ ấ nh rôto để đánh giá ệ hi u su t c a t ng ấ ủ ừ loại Các tác gi ả cũng nghiên c u vứ ới giả thi t ế động cơ KĐB 5 Hp được thay th b i LSPMSM trong ế ởthời gian một năm, giá tr ph n ị ầ năng lượng ti t ki m ế ệ được tính toán để đánh giá lợi ích c a ủ

vi c thay th ệ ế động cơ KĐB bằ g n LSPMSM Các tác gi k t lu n, vả ế ậ ới các nước có n n kinh ề

t m i n i hoế ớ ổ ặc đang phát triển như Ấn Độ thì c n thi t ph i có các ầ ế ả giải pháp ti t kiế ệm năng lượng Bên c nh đó, do chạ ất lượng điện áp các vùng nông nghi p, c bi t ở ệ đặ ệ ở cácvùng s , vùng xa r t th p, nên âu ấ ấ động cơ KĐB ện đang sử ụ hi d ng v i s ớ ố lượng l n s không ớ ẽ

đảm b o hi u su t v n hành ả ệ ấ ậ như thiế ết k vVì ậ đểy, nâng cao hi u su t ệ ấ động cơ trong quá trình chuyển hóa năng lượng có th s d ng LSPMSM thay th ể ử ụ để ế động cơ KĐB Nghiên

c u khứ ẳng định, v i l i ích kinh t nên p tớ ợ ế tiế ục nghiên c u ng d ng LSPMSM r ng rãi ứ để ứ ụ ộhơn trong ngành nông nghi p ệ Ấn Độ Xa hơn nữa, nghiên c u ứ cũng đề xu t ấ thay đổi công ngh ệ chế ạo ệ t hi n có nh m m b o ằ đả ả năng lực s n xu t LSPMSM v i s ả ấ ớ ố lượng l n nhớ ằm đáp ứng nhu c u s d ng ầ ử ụ trong tương lai

T Marčič, B Štumberger, Gorazd Štumberger, M Hadžiselimović, P Virtić và

D Dolinar (2008) 6] nghiên c u so sánh LSPMSM v[7 ứ ới động cơ KĐB Các tác gi kh ng ả ẳ

định ch v n hành xác l p, LSPMSM có hi u su t và h s công su t lở ế độ ậ ậ ệ ấ ệ ố ấ ớn hơn động cơ KĐB Tấ ảt c LSPMSM thí nghi m ệ ở điện áp và tải định m c u v n hành v i nhiứ đề ậ ớ ệt độ

thay th ế cho động cơ KĐB, nhưng đố ới v i LSPMSM m t pha thì c n t khộ ầ ụ ởi động có giá trị ớ hơn đố l n i với động cơ KĐB để đả m b o kh ả ả năng khởi động trực ti p ế T Marčič(2010, 2011) 5], 7] nghiên c u m t s d ng [7 [7 ứ ộ ố ạ động cơ ởi độkh ng trực ti p ế Tine Marčičđưa ra ba loại động cơ khởi động tr c ti p ự ế là động cơ KĐB, động cơ từ ở và LSPMSM để tr nghiên c u và so sánh hi u suứ ệ ất giữa các d nạ g động cơ này (hình 1.2) Tác gi cho rả ằngđộng cơ từ ở tr có th là m t gi i pháp thay th ể ộ ả ế động cơ KĐB nhưng chỉ ứ ng dụng cho động

cơ công suấ ớt l n, lý do là nh m m bằ đả ảo kích thước c n t (ả ừ Flux Barrier) để động cơ có thể khởi động Nghiên c u k t lu n, ứ ế ậ LSPMSM gắn chìm v i nhiớ ều ưu điểm trong v n hành ậđang là hướng nghiên cứu để thay th ế động cơ KĐB đặ, c bi t là d i công su t nh ệ ở ả ấ ỏ

Hình 1.2 Các dạng động cơ khởi động tr c ti p (ngu n: [27]) ự ế ồ

A Takahashi, S Kikuchi, K Miyata, S Wakui, H Mikami, K Ide, A Binder (2008) [21] nghiên c u mômen khứ ởi động c a LSPMSM Các tác gi ủ ả ứng d ng mô hình toán ụLSPMSM do Honsinger đề xuấ đểt mô ph ng quá trình khỏ ởi động ủa động cơ Nghiên c

l i Thông qua ph n mồ ầ ềm mô ph ng ng dỏ ứ ụng phương pháp PTHH và k t qu ế ả đo ờlư ng

thự ếc t , các tác gi phân tích các c tính ả đặ quá độ và xác l p c a hai loạ LSPMSM Các tác ậ ủ i giả ế k t lu n, LSPMSM c c l i có c tính khậ ự ồ đặ ởi động và v n hành xác l p tậ ậ ốt hơn

LSPMSM cực ẩn, hi u su t và h s công suệ ấ ệ ố ất tăng tương ứng là 0,6% và 3,4%

A Takahashi, S Kikuchi, H Mikami, K Ide, A Binder (2012) [20] nghiên c u xây d ng ứ ự

mô hình toán LSPMSM k t qu mô phđể ế ả ỏng chính xác hơn Các tác gi ả đã xây dựng mô hình toán của LSPMSM được ếvi t theo h ệ trụ ọa độc t d, q hi u ch nh t mô hình toán do ệ ỉ ừHonsinger đề xuấ , trong đó bỏt qua hi u ng m t ngoài Các thông s t thông t n, t ệ ứ ặ ố ừ ả ừthông chính được xác định b ng ằ phương pháp PTHH ác C tác giả thự c nghi m vệ ới LSPMSM 3 pha, 2 c c, 5 kW, tự ốc độ 3000 vòng/phút, điện áp 200V Qua nghiên c u các ứtác gi k t luả ế ận, các đặc tính và mômen t i trong quá trình khả ởi động thu đượ ừ phương c t pháp đề xuất và phương pháp PTHH là tương đương nhau Như vậy có th khể ẳng định

phương pháp đề xuất cho phép xác định c tính khđặ ởi động v i ớ thời gian ng n ắ

D Aliabad, M Mirsalim, N F Ershad (2010) [14] nghiên c u c i thi n mômen, kh ứ ả ệ ảnăng ởi độkh ng và các ch s ch v n hành xác l p c a LSPMSM Nghiên cỉ ố ở ế độ ậ ậ ủ ứu đề xu t ấphương pháp ởm máy đơn giản d a trên cuự ộn đổ ựi c c stato Phương pháp này ẽ s cho phép

kh c phắ ục nhược điểm khó khởi động c a LSPMSM V i ủ ớ phương pháp đề xuất, chất lượng

đặc tính tốc độ khởi động tăng lên do trong quá trình m máy ở đã làm gi m mômen hãm, ả

L ng sóc T m c n t ồ ấ ả ừ Nam châm vĩnh cửu

Động cơ KĐB Động cơ từ ở tr Động cơ LSPMSM

tăng điện tr l ng sóc Bên cở ồ ạnh đó, kh ả năng đồng b hóa cộ ủa động cơ cũng được c i ảthi n ệ đáng kể

D Aliabad, M Mirsalim (2012) [13] nghiên cứu quá trình động và mô hình toán của LSPMSM đổ ựi c c C tác giác ả khẳng định, phương pháp đổ ựi c c LSPMSM khi khởi động

có r t nhiấ ều ưu điể như ảm c i thi n mômen khệ ởi động, tăng ả năng đồkh ng b hóa và nâng ộcao hi u su t ệ ấ ở chế độ ậ v n hành xác l pậ , tuy nhiên khi đóng cắt đổ ựi c c s xu t hi n mẽ ấ ệ ột vài dao động mômen có th làm ể ảnh hưởng x u ấ đến quá trình quá độ Biên độ dao động khi đóng cắt đổ ựi c c ph thu c vào tụ ộ ốc độ động cơ, thời điểm đóng cắt, biên độ dao động này l n có th dớ ể ẫn đến ch v n hành không ế độ ậ ổn định, thậm chí còn làm cho LSPMSM

hoạt động dướ ốc độ đồi t ng b Vì v y c n thi t ph nghiên c u ộ ậ ầ ế ải ứ sâu hơn để có th lể ợi

d ng triụ ệt để ưu điểm của phương pháp đổ ựi c c

D Stoia, S S Sorea, C Apetrei, D M Ionel, A Popa, E Demeter, D Ştefan (1997) [35] nghiên c u quá trình khứ ởi động c a LSPMSM Các tác gi ủ ả đề xuất phương pháp tính toán mômen khởi động LSPMSM thông qua đo lường Các thông s ố động cơ dòng, áp, độ (trượt) được đo thông qua card CIO-AD16JR tốc độ cao và s là d liẽ ữ ệu đầu vào c a ph n ủ ầ

m m tính toán ng dề ứ ụng các phương trình cơ bản c a LSPMSM K t qu ủ ế ả đầu ra là đặc tính mômen điện t khừ ởi động theo th i gian, ho c các thành ph n mômen ph thuờ ặ ầ ụ ộc vào độtrượt s tương ứng Tuy nhiên nhược điểm của phương pháp này là ầ c n ph i có sả ẵn động cơ

để ử th nghi m D Stoia, M Cernat, K Hameyer, D Ban (2009) 3] nghiên cệ [3 ứ đều xu t ấphương pháp tính toán kích thướ NCVC để đảc m b o hài hòa gi a kh ả ữ ả năng ởi độkh ng và các ch s v n hành xác l p c a LSPMSM Bên cỉ ố ậ ậ ủ ạnh đó, đ ểi m làm vi c cệ ủa NCVC được thi t kế ế sao cho có l i nh t v mợ ấ ề ặt năng lượng D Stoia, O Chirilă, M Cernat, K Hameyer, D Ban (2010) 4] p t[3 tiế ục nghiên cứu đặc tính khởi động c a LSPMSM Trong ủnghiên c u, các tác gi chia quá trình khứ ả ởi động của LSPMSM thành ba giai đoạn: Giai đoạn 1 là giai đoạn tăng tốc, lúc này dòng khởi động cao, mômen KĐB và mômen cản đạt giá tr cị ực đại, khi tốc độ động cơ nhỏ hơn nử ốc độ đồa t ng b s ộ ẽ xuất hi n các kho ng ệ ả

“ ảgi m t c”; ố Giai đoạn 2 là giai đoạn kéo vào đồng b , lúc này LSPMSM ộ đi vào trạng thái dao động quanh điểm cân b ng (tằ ốc độ đồ ng bộ); Giai đoạn 3 là quá trình đồng b hóa, ộmômen c n do NCVC sinh ra ả luôn dương, mômen l ng sóc ồ giảm ầd n giá tr v không ị ềİlhan Tarimer (2009) 4] nghiên c[4 ứ đánh giá ệu hi u su t v n hành xác l p m t s c u ấ ậ ậ ộ ố ấhình điển hình c a LSPMSMủ İlhan Tarimer nghiên c u tám lo i c u hình rôto LSPMSM ứ ạ ấ

S d ng công c mô ph ng ANSYS/RMxprt cho tám d ng ử ụ ụ ỏ ạ động cơ với ốb n v t li u ậ ệNCVC khác nhau (Alnico9, SmCo28, NdFeB35, XG196/96 ), tác gi k t lu n LSPMSM là ả ế ậđộng cơ có hi u su t cao Hi u su t c a LSMPSM ch y u ph thu c vào v t li u NCVC ệ ấ ệ ấ ủ ủ ế ụ ộ ậ ệ

và c u hình rôto Tác gi ấ ả cũng chỉ ra rằng, trong tám c u hình ph bi n thì c u hình (f) v i ấ ổ ế ấ ớNCVC NdFeB-N35 s p x p hình ch ắ ế ữ “V” ẽs cho hi u su t cao nh t Bên cệ ấ ấ ạnh đó, hi u suệ ất LSPMSM còn ph thuụ ộc ộ ố ế ốm t s y u t khác t i thạ ời điểm v n hành, ví d ậ ụ như nhiệt độ

A Nekoubin (2011) [24] cũng nghiên c u ứ LSPMSM và đánh giá hiệu su t cấ ủa ột ốm s

d ng c u hình rôto LSPMSM, Nekoubin nghiên cạ ấ ứu ba c u hình rôto ấ cơ bản LSPMSM như hình 1.3 c, h, f Nakoubin k t lu n, vi c l a ch n cế ậ ệ ự ọ ấu hình rôto đóng vai trò quyết định

đến hi u su t c a LSPMSM, trong ba c u hình, c u hình f, NCVC m t c c s p x p hình ệ ấ ủ ấ ấ ộ ự ắ ếchữ “V” có hiệu su t cao nh t ấ ấ

M H Soreshjani, A Sadoughi (2014) 6] nghiên c[5 ứu so sánh động cơ KĐB và LSPMSM d a trên mô hình c a hai dự ủ ạng động cơ trong đó , mô hình toán động cơ KĐB và LSPMSM được vi t theo h tế ệ ọa độ d, q Nghiên c u s dứ ử ụng động cơ thử nghiệm KĐB

l ng sóc 3 pha, 4 c c, công su t 0,75 kWồ ự ấ ; LSPMSM được ệhi u ch nh t ỉ ừ động cơ KĐBtrên, ph n m m MATLABầ ề /Simulink được ử ụng đểs d mô ph ng c tính c a hai loỏ đặ ủ ại động

cơ Từ ế k t qu ả thu được, nghiên c u k t lu n quá trình khứ ế ậ ởi động c a LSPMSM ch u nh ủ ị ảhưởng đáng kể khi mômen t i l n, giá tr điả ớ ị ện áp đầu vào nh ỏ Nhưng LSPMSM s cho ch ẽ ỉ

s v n hành tố ậ ốt hơn động cơ KĐB, vì vậy ẽ tiếs t kiệm năng lượng n u dùng LSPMSM thay ếthế cho động cơ KĐB Cũng năm 2014, M H Soreshjani, R Heidari và A Ghafari 7] [5nghiên cứu ứng d ng ụ phương pháp điều khiển trực ti p t thông và mômen cho LSPMSM ế ừ

và so sánh v i ớ động cơ đồng b NCVC (PMSM) Trong nghiên c u, các tác gi s d ng ộ ứ ả ử ụ

mô hình toán c a ủ PMSM và LSPMSM được ếvi t theo h tệ ọa độ d, q Nghiên c u áp d ng ứ ụcho PMSM và LSPMSM thí nghiệm 3 pha, công su t 1 kW, 4 c c, 50 Hz, 380 V, ấ ự trong đó hai loại động cơ có kế ất c u stato giống nhau, ch khác nhau v c u t o rôto Các tác gi ỉ ề ấ ạ ả

khẳng định, LSPMSM hoàn toàn có th thay th ể ế PMSM và động cơ KĐB trong các ng ứ

dụng điều khi n tể ốc độ Adjustable Speed Drive-ASD thậ ( ), m chí trong m t s ộ ố phương pháp điều khi n, LSPMSM ể đáp ứng tốt hơn (ví d ụ phương pháp điều khiển định hướng t ừtrường (FOC)) A.R.Sadoughi, M.Zare và M Azizi (2015) [19] nghiên c u quá trình c p ứ ấngu n t b ồ ừ ộ điều khiển điện vòng l p h ặ ở điện áp/t n s ầ ố (V/F) cho LSPMSM và động cơ KĐB trong điều ki n cùng công su t và cùng s c p c c Nghiên c u s d ng ph n mệ ấ ố ặ ự ứ ử ụ ầ ềm MATLAB/Simulink để mô ph ng mô hình toán c a ỏ ủ động cơ KĐB ồ l ng sóc, b n c c, 1,1 ố ự

kW c a hãng Motogen Tabiz - Iran và LSPMSM b n c c, 1,1 kW ủ ố ự được hi u ch nh t ng ệ ỉ ừ độ

cơ KĐB trên T k t qu ừ ế ả thu được, các tác gi k t lu n, v i công ngh ả ế ậ ớ ệ điều khi n V/F vòng ể

l p h , ặ ở động cơ KĐB ẽ ả s c i thi n h s công su t, gi m dòng làm vi c, ệ ệ ố ấ ả ệ trong khi đó độ ng

cơ LSPMSM b ị giảm ệ ốh s công su t, ấ tăng dòng làm vi c LSPMSM luôn có mômen ệ đập

m ch và ạ chỉ ố điều hòa dòng stato vượt ngưỡng s cho phép

A H Isfahani, S V Zadeh (2009) [16] nghiên c u ứ tương lai phát tri n c a LSPMSMể ủ Các tác gi khả ẳng định, ngày nay m t s t chộ ố ổ ức như NEMA và IEEE đã ban hành các tiêu chu n mẩ ới đố ới động cơ điệ trong đó yêu cầi v n, u hi u ệ suấ ật v n hành ngày càng cao Thực

t châu Âu và Mế ở ỹ trong th i gian qua ờ đã thực hi n nhi u ệ ề giải pháp s dđể ử ụng năng

lượng có hi u qu , ệ ả trong đó ch y u t p trung nâng cao hi u suủ ế ậ ệ ất động cơ điệ KĐB don động cơ KĐB hiện đang chiếm 96% công su t tiêu th iấ ụ đ ện dành cho động cơ toàn nước

M Tuy nhiên viỹ ệc nâng cao hi u suệ ất động cơ KĐB ằ b ng cách tối ưu hóa thiết k v n ế ẫchưa thu được k t qu kh quan, m t gi i pháp thay th là s d ng PMSM Nế ả ả ộ ả ế ử ụ hưng PMSM

lại đòi hỏ biế ầi n t n ho c các thi t b ph khặ ế ị ụ để ởi động vì v y s không hi u qu LSPMSM ậ ẽ ệ ả

v i kh ớ ả năng ởi độkh ng trực ti p, hi u su t cao, tế ệ ấ ốc độ làm việc chỉ ph thu c t n s ngu n ụ ộ ầ ố ồ

c p, tu i th ấ ổ ọ cao nên r t phù h p cho các ng d ng tấ ợ ứ ụ ải bơm, quạt, máy nén khí Tuy nhiên, LSPMSM có nhược điểm là giá thành v n còn cao do NCVC, ẫ có thêm vào đó là khó khởi động và đồng b hóa Vì v y, khi l a ch n LSPMSM, ộ ậ ự ọ ngườ ử ụi s d ng c n ph i xem xét ầ ả

hi u qu kinh t ệ ả ế khi đầu tư, vận hành, đồng th i ph i tính toán kh ờ ả ả năng khởi động của động cơ vớ ải t i A H Isfahani, S V Zadeh (2011) [17] nghiên c u ứ ảnh hưởng c a ủ điện

c m t hóa ả ừ đến đặc tính khởi động LSPMSM Trong nghiên c u các tác gi v n xét ứ ả ẫ điện

c m t ả ừ hóa đồng b là h ng s Các tác gi xem xét ộ ằ ố ả ảnh hưởng của điện c m t ả ừ hóa đồng

b lên quá trình khộ ởi động của động cơ LSPMSM ớv i hai k t c u rôto khác nhau Các tác ế ấ giả ứ ng d ng mô hình toán c a LSPMSM ụ ủ được vi t theo h t a d, q mô ph ng c ế ệ ọ độ để ỏ đặtính khởi động c a LSPMSM ủ Cũng trong năm 2011, A H Isfahani, S V Zadeh, M A Rahman [18] nghiên c u kh ứ ả năng đồng b hóa cộ ủa LSPMSM, các tác gi ả đề xuất phương pháp đơn giả nhưng chính xác để ự đoánn d kh ả năng đồng b hóa c a LSPMSMộ ủ Độ chính xác của phương pháp đề xu t ấ được ki m tra v i k t qu ể ớ ế ả thu được bằng phương pháp PTHH K t qu cho thế ả ấy, phương pháp đề xuất có sai s trong kho ng 15% so vố ả ới phương pháp PTHH, s sai l ch này ch y u do b qua m t vài ự ệ ủ ế ỏ ộ ảnh hưởng và gi thi t ả ế độ trượt là hàm sin c a góc t i ủ ả

S F Rabbi, M A Rahman (2014) 4], 5], [66], 7], 8], [6 [6 [6 [6 [69] nghiên c u ứ động cơ

đồng b NCVC g n chìm t tr khộ ắ ừ ễ ởi động tr c ti p (LSHIPMM) là m t dự ế ộ ạng đặc bi t c a ệ ủLSPMSM và lĩnh vực ứng d ng cụ ủa động cơ này Các tác gi ả đề xuất nghiên cứu LSHIPMM trong đó rôto g m hai thành ph n là thép và nhôm (thành ph n thép t o ồ có ầ ầ ạ

mạch vòng t ừ trễ được c u t o t h p kim thép - cobalt (t l 36% cobalt)), bên trong lõi ấ ạ ừ ợ ỷ ệthép có g n các thanh NCVC; thành ph n nhôm ắ ầ ở giữa lõi thép là tr nhôm ụ đúc đặc, c u ấ

t o rôto ạ như hình 1.4) Rabbi và Rahman cũng đề xuất mô hình toán cho LSHIPMM, t ừ đó

mô phỏng quá trình quá độ để đánh giá khả năng khởi độ ng c a LSHIPMM Mô hình toán ủ

c a LSHIPMM do Rabbi và Rahman ủ đề xuất được vi t theo h tế ệ ọa độ d, q, trong đó có b ổ

đó, các tác gi còn nghiên c u kh ả ứ ả năng ứng d ng c a LSHIPMM cho tụ ủ ải bơm chìm ế K t

qu cho thả ấy ưu điểm v hi u suề ệ ất và độ tin c y cậ ủa động cơ vớ ải t i này t các tác gi ừ đó ả

k t lu n LSHIPMM thích h p v i tế ậ ợ ớ ải bơm

Vòng từ trễ Nam châm vĩnh cửu

Ống nhôm

Trục

Hình 1.4 C u hình rôto LSHIPMM (ngu n: 4] ÷ 9]) ấ ồ [6 [6

H Saikura, S Arikawa, T Huguchi, Y Yokoi, T Abe (2014) 2] nghiên c u thi t k [4 ứ ế ếLSPMSM hi u su t cao v NCVC g n b m t C u hình LSPMSM các tác gi ệ ấ ới ắ ề ặ ấ ả đề xuất có

ưu điểm là ch v i hai ỉ ớ thanh NCVC động cơ sẽ có b n c c (LSPMSM g n chìm b n c c ố ự ắ ố ựthông thường ph i có ít nh t b n ả ấ ố thanh NCVC) Ưu điểm n a c a thi t k là ữ ủ ế ế động cơ cómômen khởi động cao hơn LSPMSM ắg n chìm, trong khi mômen v n hành xác l p ậ ậ là nhưnhau Bên cạnh đó, các tác gi ả cũng nghiên c u ba c u hình LSPMSM, ứ ấ trong đó hai cấu hình được b sung các thanh NCVC ph T k t qu mô ph ng ổ ụ ừ ế ả ỏ động cơ ằb ng ph n m m ầ ề

ứng dụng phương pháp PTHH, các tác gi k t lu n các c u hình LSPMSM v i NCVC g n ả ế ậ ấ ớ ắ

b mề ặt như thiế ế có khả năngt k khởi động trực ti p, ế trong đó ấc u hình 3 cho hi u su t cao ệ ấ

nh t Các c u hình có mômen khấ ấ ởi động và xác l p ậ là tương đương nhau

Nam châm vĩnh cửu Trục Lõi Lồng sóc

b n c c, công suố ự ất 750 W, điện áp ngu n c p 380 V, tồ ấ ốc độ 1.800 vòng/phút (hình 1.6)

T k t qu mô phừ ế ả ỏng động cơ bằng ph n mầ ềm ứng d ng ụ phương pháp PTHH, các tác gi ả

k t lu n c hai cế ậ ả ấu hình trên đều cho hi u su t làm vi c cao khi so sánh vệ ấ ệ ới động cơ KĐB

có cùng công su t ấ (cấu hình 1: 93,5%; c u hình 2: 94,1%), h s công su t l n (c u hình 1: ấ ệ ố ấ ớ ấ0,91; c u hình 2: 0,96) Ngoài ra, các tác gi ấ ả cũng kết lu n c u hình 2 (NCVC s p x p ậ ấ ắ ế chữV) cho hi u suệ ất cao hơn cấu hình 1, nguyên nhân do s chênh l ch ự ệ giữa điện c m t hóa ả ừ

đồng b d c tr c và ngang tr c l n ộ ọ ụ ụ ớ hơn

Nam châm vĩnh cửu Trục Lõi thép

L ng sóc ồ

- Bên cạnh ưu điểm v hi u su t, LSPMSM về ệ ấ ẫn còn t n t i nhi u vồ ạ ề ấn đề ầ đượ c n c giải quyết nh m th c s thay th m t phằ ự ự ế ộ ần cho động cơ KĐB truyền th ng M t s t n t i ố ộ ố ồ ạchính c a LSPMSM có th ủ ể thống kê như giá thành v t li u NCVC, công ngh ậ ệ ệ chế ạ t o phức

t p do có NCVC và ạ khó khăn khi ởi độkh ng

- Ngày nay nh s phát tri n c a công ngh ờ ự ể ủ ệ chế ạ động cơ t o và v t li u NCVC ậ ệ đất

hi m Nế dFeB ngày càng r và s n có trên th ẻ ẵ ị trường [19] nên yếu t khố ởi động được xem là nhược điểm l n nh t c n kh c ph c cớ ấ ầ ắ ụ ủa động cơ này Th c t là vì khự ế ởi động khó khăn nên LSPMSM thường đượ ức ng d ng cho các tụ ải bơm, quạt và máy nén khí [15] Xu t phát t ấ ừ

t n t i trên, ồ ạ luận án t ra vđặ ấn đề nghiên cứu ảo sát đặkh c tính khởi động c a LSPMSM ủ

nhằm giúp các nhà thi t k , ch t o có nh ng ế ế ế ạ ữ đánh giá và điều ch nh phù h p (ỉ ợ t khâu thiừ ết kế) để động cơ có đượ đặc c tính khởi động l i nh t ợ ấ

- T ng h p các nghiên c u LSPMSM ổ ợ ứ trong và ngoài nước, có thể ổ t ng k t hai ếphương pháp ph bi n mô ph ng kh o sát c tính khổ ế để ỏ ả đặ ởi động LSPMSM là: Phương pháp pô ph ng t mô hình toán ỏ ừ máy điện, trong đó LPSMSM được mô hình hóa b ng các ằ

h ệ phương trình vi phân được vi t theo h tế ệ ọa độ d-q [13], [15], [21], 6], [66], 7], 2] [5 [6 [8

và phương pháp ử ụng các ph n m m ng ds d ầ ề ứ ụng phương pháp PTHH trong tính toán [14], [22], 2], 7] Trong nghiên c u, lu n án s t p trung xây d ng và mô ph ng [4 [4 ứ ậ ẽ ậ ự ỏ đặc tính khởi động t mô hình toán c a LSPMSM Tuy nhiên k t qu mô ph ng b ng phừ ủ ế ả ỏ ằ ần

mềm ứng dụng phương pháp PTHH cũng sẽ được v n d ng nh m ki m ch ng v k t qu ậ ụ ằ ể ứ ới ế ả

- V mô hình toán, ề năm 1980 Honsigner là người đầu tiên đề xuất mô hình toán của LSPMSM được ếvi t theo h ệ trụ ọa độc t d-q kh o sát quá trình khđể ả ởi động của động cơ [63] và hi n t mô hình này v n ệ ại ẫ đượ ử ục s d ng ph bi n trong các nghiên c u v LSPMSM ổ ế ứ ề[13], [15] [21], 6], [66], 7], [5 [6 , [8 2] Trong mô hình, các thông s ố động cơ tương ứng là các h s , t mô hình có th mô ph ng ệ ố ừ ể ỏ các đặc tính dòng, mômen, tốc độ, th i gian khờ ởi động, … Tuy nhiên có th th y là mô hình trên ể ấ chưa đề ậ đế c p n bão hòa m ch t và hi n ạ ừ ệtượng hi u ng m t ngoài hay nói cách khác là ệ ứ ặ đã ỏb qua khi tính toán Do đã lược b hai ỏảnh hưởng quan tr ng trong quá trình khọ ởi động nên dẫn đến k t qu mô phế ả ỏng thu được

có th s không chính xác ể ẽ Nhằm kh c ph c h n ch này, lu n án ắ ụ ạ ế ậ đề xuất nghiên c u xây ứ

d ng và mô ph ng mô hình toán c a LSPMSM có xét ự ỏ ủ ảnh hưởng c a bão hòa m ch t và ủ ạ ừ

hi u ng m t ngoài ệ ứ ặ trên cơ sở ệ hi u ch nh mô hình toán ỉ đã có ủa c Honsinger C ụ thể:

+ Đố ớ ảnh hưởi v i ng c a bão hòa m ch t : Kủ ạ ừ hi xét đế ảnh hưởn ng bão hòa m ch t ạ ừ

đ ệi n c m t ả ừ hóa đồng b d c tr c và ngang tr c (Lmd, Lmq) phộ ọ ụ ụ ải được xét là các đại lượng phi tuyến Tương tự, do ảnh hưởng c a bão hòa m ch tủ ạ ừ, điện c m t n stato, rôto Lả ả ls, L’lr cũng bị ảnh hưởng và phải được xét là đại lượng phi tuy n ế

CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG

2.1 Mô hình máy điện đồng bộ tổng quát

Sơ đồ ổ t ng quát c a máy ủ điện đồng b ộ được xác định [9]:

Hình 2.1 Sơ đồ ổ t ng quát của máy điện đồng b (ngu n: [9]) ộ ồ

Sơ đồ máy điện tổng quát được th hi n hể ệ ở ình 2.1, trong đó wr w®b Rôto có dây

qu n kích t và dây qu n c n B ấ ừ ấ ả ỏ qua dòng điện Phuco, phía rôto có hai dây qu n và stato ấ

có m t dây qu n ộ ấ

wd, wq - dây qu n ph n ng tr c d, q; uấ ầ ứ ụ d, uq - điện áp trên dây qu n wấ cd, wcq;

wcd, wcq - dây qu n c n ấ ả trục d, q; wfd, wfq - dây qu n kích t ; uấ ừ f - điện áp kích t ừ

Dây qu n kích t cấ ừ ủa máy điện đồng b ộ chỉ đặ t trên m t tr c - ộ ụ trục dọc Để giảm s ốthành ph n sầ ức điện động quay trong các phương trình, ta sử ụng sơ đồ ổ d t ng quát có dây

qu n phấ ần ứng đặt trên ph n quay (hình 2.2) Quá trình biầ ến đổi năng lượng điện - cơ giữa các dây qu n không l thu c vào các dây quấ ệ ộ ấn đứng yên hay chuyển động mà ch ph ỉ ụthu c vào các dây quộ ấn đó chuyển động tương đố ới nhau như thếi v nào

wr

H ệ phương trình tổng quát của máy điện đồng b ộ thường được vi t theo h tế ệ ọa độ d, q

N u ph n cế ầ ảm đặt ở rôto, gi a rôto, t ữ ừ trường quay đồng b , cộ ảm ứng dây qu n stato ở ấdòng điện xoay chiều hình sin Như đã phân tích, quá trình biến đổi điện cơ trong máy điện

s ẽ không đổi n u cho rôto và t ế ừ trường quay đứng yên, để máy điện không quay tương đương với máy điện quay, thêm thành ph n sầ ức điện động quay vào dây qu n ph n ng, ấ ầ ứ

t n s ầ ố dòng điện dây qu n ph n ng s b ng không H ấ ầ ứ ẽ ằ ệ thống tọa độ d, q của máy điện

dtd

dtd

dtd

dt

w w

L i M i

L i M i M i

L i M i M i

Như các máy điện khác, điện c m toàn ph n b ng t ng h cả ầ ằ ổ ỗ ảm và điện c m t n, ả ả

L = M + Lt Gi thi t r ng, t thông h c m d c tr c và ngang trả ế ằ ừ ỗ ả ọ ụ ục đều móc vòng v i t t c ớ ấ ảcác dây qu n, trong khi t thông t n ch móc vòng m t dây qu n ấ ừ ả ỉ ộ ấ

Mômen được xác định b ng công th c (theo dònằ ứ g điện):

M®t M(i i f q i i q cd i i ) d cq (2-3) Trong đó: M = Md = Mq khi máy điện là c c n ự ẩ

Hoặc mômen được xác định b ng công th c (theo t thông móc vòng): ằ ứ ừ

Dây qu n c n ch làm vi c khi rôto daấ ả ỉ ệ o động ho c chặ ạy không đúng tốc độ đồ ng bộ,

có th b qua dây qu n cể ỏ ấ ản, khi đó:

Trong đó: Ld = Md + Ltd, Lq = Mq + Ltq, Lf = Md + Ltf (2-7) Ltd, Ltq, Ltf - i n c m t n dây qu n ph n ng d c tr c, ngang trđ ệ ả ả ấ ầ ứ ọ ụ ục và điện c m t n dây ả ả

K t h p các thành ph n vế ợ ầ ới phương trình cân bằng mômen, có h ệ phương trình tổng quát (cân bằng điện áp, cân b ng mômen) cằ ủa máy điện đồng b chung cho ch xác l p ộ ế độ ậ

và quá độ:

Năm 1980 Honsinger 8] [7 đề xu t mô hình toán c a LSPMSM ấ ủ được vi t theo h t a ế ệ ọ

độ d, q v i các tham s ớ ố đầu vào là điện áp, điện cảm, điện tr stato và rôto, t thông do ở ừNCVC sinh ra Tuy nhiên, do công ngh ệ thời điểm đó không cho phép gi i gả ần đúng các bài toán vi phân nên trong nghiên c u Honsinger không tr c ti p gi i bài toán vi phân mà ứ ự ế ảthông qua đó đưa ra phương trình giải tích tính toán mômen theo độ trượt s

T ừ mô hình toán máy điện đồng b t ng quátộ ổ , Honsinger đề xu t mô hình toán cho ấ

LSPMSM Trong mô hình toán LSPMSM, Honsinger b sung s có mổ ự ặt ủa ồc l ng sóc thông qua các phương trình từ thông và điện áp rôto liên quan Honsinger cho r ng các ằ

động cơ đồng b ộ thông thường thì vai trò kích t trong quá trình khừ ởi động không có nhưng đối v i LSPMSM thì s có m t c a NCVC trong quá trình khớ ự ặ ủ ởi động là vô cùng quan tr ng, vì v y c n b sung thêm ọ ậ ầ ổ đại lượng t thông do NCVC sinh ra trong mô hình ừtính toán c a LSPMSM ủ

Mô hình LSPMSM Honsinger đề xu t: ấ

w w

2q 2q 2q

d

dtd

dtd

dtd

dtm

Mô hình toán LSPMSM hiện nay đang đƣợc ứng dụng nhƣ sau [30], 6]: [5

dtd

dt

w w

dtd

'm - t thông móc vòng stato do NCVC sinh ra; ừ

Lls - điện c m t n dây qu n stato; ả ả ấ

Lmd - điện cảm ừ hóa đồt ng b d c tr c; ộ ọ ụ

Lmq - điện c m t hóa ng b ngang tr c; ả ừ đồ ộ ụ

ids - thành ph n dòng stato d c tr c; ầ ọ ụ

i'dr - thành ph n dòng rôto ầ quy đổi ọd c tr c; ụ

i'qr - thành ph n dòng rôto ầ quy đổi ngang tr c ụ

Hình 2.3 và 2.4 là sơ đồ ạ m ch điện thay th d c tr c và ngang trế ọ ụ ục ủc a LSPMSM thỏa mãn các phương trình điện áp và t thông trong mô hình toán (2-12) ÷ -15)ừ (2 , trong đó để

mô hình hóa n hành thay th 'tiế ế m = Lrc.i'm, với Lrc là điện c m ả giả tưởng NCVC, i’m là dòng t ừ hóa tương đương quy đổi sang stato c a NCVC [30], 9], 6]: ủ [4 [5

Hình 2.4 Sơ đồ ạch điệ m n thay th c q c a LSPMSM ế trụ ủ

Mômen điệ ừ ủa LSPMSM được xác địn t c nh [30], 6] [5 :

T -16) có th nh n thừ (2 ể ậ ấy, mômen điệ ừ ủn t c a LSPMSM ph c tứ ạp hơn rất nhi u so ề

với động cơ KĐB và động cơ đồng b NCVC Các thành ph n mômen kích t , mômen t ộ ầ ừ ừtrở ẽ tương đương với động cơ đồ s ng b NCVC, ộ nhưng LSPMSM khác là có thêm thành

phần mômen KĐB và thành phần này đóng vai trò quyết định đến kh ả năng khởi động của động cơ [57]

2.3 Mô phỏng LSPMSM

2.3.1 Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán

Trong m c 2.2, mô hình toán cụ ủa LSPMSM được mô t b ng các h ả ằ ệ phương trình vi phân của điện áp, t thông -12) ÷ -ừ (2 (2 15) Để mô phỏng các đặc tính LSPMSM t mô ừhình toán, luận án ng d ng ph n mứ ụ ầ ềm MATLAB/Simulink

2.3.1.1 MATLAB và bài toán vi phân

Trong vài th p kậ ỷ gần đây, vớ ựi s phát tri n m nh m c a công ngh máy tính, ể ạ ẽ ủ ệ đặc

bi t máy tính cá nhân (PC) v i kh ệ là ớ ả năng tính toán mạnh m ẽ đã mang ạ l i m t công c ộ ụtính toán vô cùng h u hi u cho các nhà kữ ệ ỹ thu t trong vi c giậ ệ ải các bài toán liên quan đến phương trình vi phân Trước đây các phương trình vi phân ần như không giải được dướg i

d ng nghiạ ệm tường minh, ho c n u ặ ế giải gần đúng cũng rất khó khăn do khối lượng tính toán quá l n và ph c t p Ngày nay, máy tính hiớ ứ ạ ện đại đã giúp con người giải quyết các tính toán s h c, th i gian tính toán ng n, vì vố ọ ờ ắ ậy các bài toán liên quan đế phương trình vi n phân đã được gi gải ần đúng ới độv chính xác cao

Bên c nh s phát tri n c a máy tính, các ph n mạ ự ể ủ ầ ềm ứng d ng các ụ phương pháp giải

gần đúng hỗ trợ vi c lệ ập trình tính toán để mô phỏng đối tượng nghiên cứu cũng rất đa

d ng và ti n d ng Trong lu n án s d ng ph n m m MATLAB ạ ệ ụ ậ ử ụ ầ ề để giải bài toán vi phân t ừ

mô hình toán LSPMSM nh m mô phằ ỏng đặc tính khởi động v i m t s ớ ộ ố lý do như sau [6 ]:

- MATLAB là ph n mầ ềm đã được phát tri n trong th i gian dài, ph bi n, các tài li u ể ờ ổ ế ệhướng dẫn đi kèm sẵn có và đa dạng

- MATLAB là m t b ộ ộ chương trình phần m m lề ớn trong lĩnh vực toán s Tên cố ủa

chương trình chính là sự ế ắ ủ vi t t t c a MATrix LABoratory, th hiể ện định hướng chính của chương trình là các phép tính vector và ma trận Ph n c t lõi cầ ố ủa chương trình bao gồm

m t s hàm s toán, các chộ ố ố ức năng nhập/xuất cũng như các khả năng điều khi n chu trình ể

mà nh ờ đó ta có thể ự d ng nên các Scripts

- Đố ới v i các mục đích sử ụ d ng khác nhau, ngườ ử ụi s d ng có th tùy ch n b sung các ể ọ ổ

b công c (ộ ụ Toolbox) v i ph m vi chớ ạ ức năng cần dùng M t s Toolbox có th ộ ố ể thấy trong lĩnh vực điện, t ự động hóa như: Control System, Signal Processing, Optimization, Power System, Simulink…

2.3.1.2 Mô phỏng LSPMSM bằng MATLAB/Simulink

Simulink là phần chương trình mở ộ r ng c a MATLAB nh m mủ ằ ục đích mô hình hóa,

mô ph ng và kh o sát các h ỏ ả ệ thống động h c ], 3] Giao diọ [6 [4 ện đồ ọ h a trên màn hình của Simulink cho phép th hi n h ể ệ ệ thống dướ ạng sơ đồi d tín hi u v i các kh i chệ ớ ố ức năng quen thu c Simulink cung cộ ấp cho ngườ ử ụi s d ng một thư viện r t phong phú, s n có v i s ấ ẵ ớ ốlượng l n các hàm chớ ức năng cho các hệ tuyến tính, phi tuyến và gián đoạn Bên cạnh đó, ngườ ử ụng cũng có thể ại s d t o nên các kh i hàm riêng c a mình M t s hàm gi i gố ủ ộ ố ả ần đúng phương trình vi phân được s d ng trong MATLAB/Simulink có th ử ụ ể đượ ổc t ng kết như

Bảng 2.1 Các hàm giải gần đúng phương trình vi phân trong Simulink

Hàm Thứ ự t chính xác Mục đích sử ụng d

Ode45 Trung bình H u h t các bài toán ầ ế

Ode23 Thấp Cho các bài toán độ sai s ốcao

Ode113 T ừ thấp đến cao Cho các bài toán đòi hỏi độ sai s ốcao

Ode15s T ừ thấp đến trung bình Trong trường h p ode45 tính toán ch m ợ ậ

Ode23s Thấp Trong trường h p h c ng cho phép mợ ệ ứ ức độ

sai s ố caoOde23t Thấp Cho các bài toán sai s trung bình ố

Ode23tb Thấp Cho các bài sai s ố thấp

Ứng d ng ph n m m MATLAB/Simuụ ầ ề link để mô phỏng đặc tính khởi động t mô hình ừtoán c a LSPMSM ủ được mô t b ng các h ả ằ ệ phương trình vi phân (2-12) ÷ (2-15), k t qu ế ảthu được s các ẽlà đặc tính LSPMSM trở ạng thái quá độ và xác l p c a LSPMSM Trong ậ ủ

ph n này, các thông s ầ ố LSPMSM được xét trong khi mô ph ng là các h ng s Các y u t ỏ ằ ố ế ốchính ảnh hưởng đến đặc tính khởi động và m t s bi n pháp nâng cao chộ ố ệ ất lượng khởi

động s được đề ậẽ c p và tính toán chi ti t ế ở Chương sau

M t s ộ ố sơ đồ khối MATLAB/Simulink được s dử ụng để mô ph ng LSPMSM t mô ỏ ừhình toán được thể ệ ạ hi n t i hình 2.5 ÷ 2.8

a) Kh i biố ến đổi điện áp theo biến đổi Park

1 uqs f(u)

uqs Transform

f(u) uds Transform

u(1)

u(2)

u(3)

u(4) 4

Teta

3 ucs

2 ubs

1 uas u(1)

u(2) u(3)

+ V trí góc pha ị ban đầu c a pha A ủ

- Đầu ra: Các điện áp d c tr c và ngang trọ ụ ục uds, uqs