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 ngoài697

Bùi Đức Hùng PGS.. Nguyễn Anh Nghĩa Lê Anh Tu nấ... Vì v y, Nghiên cắ ứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ NCVC khởi động trực tiếp có xét đến ảnh hưởng c a bão hòa mạch từ và hiủ ệu ứn

Tôi xin cam đoan đơy lƠ công trình nghiên c u c a riêng tôi Các s li u, k t qu tính toán trình bày trong Lu n án này là trung th c vƠ ch a từng đ c ai công b trong b t c công trình nào khác

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2018

T P TH H NG D N KHOA H C Nghiên c u sinh

TS Bùi Đức Hùng PGS TS Nguyễn Anh Nghĩa Lê Anh Tu nấ

Đ hoàn thành lu n án này, tác gi tr c tiên bày t l i c m n sâu s c nh t đ n hai

th y giáo h ng d n khoa h c tr c ti p là TS Bùi Đ c Hùng và PGS TS Nguy n Anh Nghĩa luôn dành nhi u công s c, th i gian quan tơm, đ ng viên và t n tình h ng d n nghiên c u sinh trong su t quá trình th c hi n lu n án

Tác gi xin chân thành c m n TS Phùng Anh Tu n, TS Bùi Minh Đ nh đƣ h tr và đóng góp các Ủ ki n quỦ báu đ nghiên c u sinh hoàn thi n lu n án

Tác gi chân thành c m n các th y, cô B môn Thi t b Đi n - Đi n t , Vi n Đi n và

Vi n đƠo t o Sau i h c - đ Tr ng Đ i h c Bách khoa Hà N i đƣ t o m i đi u ki n đnghiên c u sinh có đi u ki n thu n l i nh t v th i gian vƠ c s v t ch t trong quá trình

th c hi n lu n án

Tác gi cũng bƠy t l i c m n sơu s c t i Ban Lƣnh đ o và toàn th anh/ch trong Phòng T ch c lao đ ng ti n l ng T ng công ty Đi n l c - TKV là n i tác gi công tác đƣ

t o m i đi u ki n tác gi thu n l i v đ th i gian h c t p và nghiên c u lu n án

Tác gi trân tr ng c m n Công ty C ph n ch t o đi n c HƠ N i (HEM) đƣ t o m i

đi u ki n cho tác gi trong công tác gia công và ch t o m u th nghi m LSPMSM

Tác gi trân tr ng c m n Vi n Nghiên c u qu c t v Khoa h c & K thu t tính toán ỹ

Cu i cùng, tác gi dành l i c m n t i b m , v và các con ẹ đƣ luôn đ ng viên và h

tr v v t ch t và tinh th n o tác ch gi nh ng lúc khó khăn, m t m i nh t đ tác gi yên tâm trong quá trình nghiên c u, góp ph n không nh vào thành công c a lu n án

Tác gi n án ảluậ

Lê Anh Tu n ấ

L I CAM ĐOAN i

L I C M N ii

M C L C iii

DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH VI T T T vi

DANH M C CÁC B NG BI U xii

DANH M C CÁC HÌNH NH VÀ Đ TH xiii

M Đ U ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 1

CH NG 1 T NG QUAN 3

1.1 L ch s phát tri n c a LSPMSM 3

1.2 u đi m c a LSPMSM 4

1.3 Nh c đi m c a LSPMSM 4

1.4 Các nghiên c u trong n c và th gi i v LSPMSM 4

1.4.1 Các nghiên c u trong n c 4

1.4.2 Các nghiên c u trên th gi i 4

1.5 K t lu n 13

CH NG 2 MỌ HỊNH TOÁN VÀ MỌ PH NG Đ C TÍNH KH I Đ NG

C A LSPMSM 15

2.1 Mô hình máy đi n đ ng b t ng quát 15

2.2 Mô hình toán LSPMSM 18

2.3 Mô ph ng LSPMSM 21

2.3.1 Mô ph ng LSPMSM t mô hình toán 21ừ 2.3.2 Mô ph ng LSPMSM b ng các ph n mằ m ng d ng ph ng pháp

ph n t h u h n 27

2.4 K t lu n 31

CH NG 3 CÁC Y U T NH H NG Đ N Đ C TÍNH KH I Đ NG

C A LSPMSM 33

3.1 Các y u t nh h ng đ n đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM 33

3.1.1 nh h ng bão hòa m ch t ừ đ n đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c

và ngang tr c Lmd, Lmq 33

3.1.2 nh h ng c a hi u ng m t ngoài 53

3.1.3 nh h ng c a bão hòa m ch t ừ đ n đi n kháng t n stato, rôto x1, x’2 60

3.1.4 nh h ng c a nhi t đ 64

3.1.5 nh h ng c a tính ch t t i 66

3.2 T ng h p các y u t chính nh h ng đ n đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM 69

3.2.1 Mô hình toán c a LSPMSM xét nh h ng c a bão hòa m ch t ừ và hi u ng m ngoài 69t 3.2.2 S đ MATLAB/Simulink v i m ch t hi u chừ nh đ xu t 71

3.2.3 K t qu mô ph ng 74

3.2.4 So sánh k t qu mô ph ng v i ph ng pháp t ng h p đ xu t

vƠ ph ng pháp ph n t h u h n 76

3.3 Kh o sát nh h ng kích th c NCVC đ n đ c tính kh i đ ng LSPMSM và l a ch n kích th c NCVC LSPMSM 2,2 kW 80

3.3.1 LSPMSM v i đ dày NCVC khác nhau 81

3.3.2 LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau 84

3.3.3 L a ch n kích th c NCVC cho LSPMSM 2,2 kW 87

3.4 K t lu n ch ng 3 87

CH NG 4 TH C NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU 89

4.1 Gi i thi u chung 89

4.2 ng d ng LabVIEW và Card NI USB-6009 đo đ c tính dòng đi n

và t c đ kh i đ ng LSPMSM 89

4.2.1 Gi i thi u ph n m m LabVIEW 89

4.2.2 Card đo l ng NI USB-6009 91

4.3 Mô hình thí nghi m LSPMSM 92

4.3.1 Đo dòng đi n 92

4.3.2 Đo t c đ LSPMSM 93

4.4 LSPMSM 2,2 kW th c nghi m 95

4.4.1 C u hình rôto LSPMSM 95

4.4.2 Gia công NCVC 95

4.4.3 Hoàn thi n rôto 96

4.4.4 L p ráp LSPMSM 96

4.4.5 Bàn th nghi m LSPMSM 97

4.5 K t qu mô ph ng vƠ đo l ng đ c tính t c đ vƠ dòng đi n kh i đ ng LSPMSM

đ ch không t i 98

4.5.1 Đ c tính dòng đi n kh i đ ng 98

4.5.2 Đ c tính t c đ kh i đ ng 99

4.6 K t lu n ch ng 4 100

K T LU N VÀ KI N NGH 102

TÀI LI U THAM KH O 103

Ti ng Vi t 103

Ti ng Anh 103

DANH M C CÁC CỌNG TRỊNH Đẩ CỌNG B C A LU N ÁN 109

PH L Cầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 110

PH L C A 110

PH L C B 130

PH L C C 137

Ast m2 Ti t di n trung bình răng stato

Ary m2 Ti t di n trung bình gông từ rôto

Ary1 m2 Ti t di n trung bình gông từ rôto ph n trên NCVC

Ary2 m2 Ti t di n trung bình gông từ rôto ph n d i NCVC

Art m2 Ti t di n trung bình răng rôto

a1 S m ch nhánh song song

B Tesla M t đ từ thông

B Tesla M t đ từ thông quy đ i trong khe h không khí

Bg Tesla M t đ từ thông khe h không khí

Br Tesla M t đ từ thông d NCVC

Bsy Tesla M t đ từ thông gông từ stato

Bst Tesla M t đ từ thông răng stato

Bry Tesla M t đ từ thông gông từ rôto

Bry1 Tesla M t đ từ thông gông từ rôto phía trên kh i NCVC

Bry2 Tesla M t đ từ thông gông từ rôto phía d i kh i NCVC

Brt Tesla M t đ từ thông răng rôto

Bs Tesla M t đ từ thông bƣo hòa lõi thép rôto

C1 H s bi n đ i t ng đ ng rƣnh h stato khi bƣo hòa m ch

C2 H s bi n đ i t ng đ ng rƣnh h rôto khi bƣo hòa m ch t

c m Chi u dƠy cách đi n rƣnh

c' m Chi u dƠy cách đi n trên nêm

cv H s th tích NCVC

Fry1 A S c từ đ ng gông từ rôto phía trên kh i NCVC

Fry2 A S c từ đ ng gông từ rôto phía d i kh i NCVC

Fztb A S c từ đ ng trung bình m t rƣnh stato

g m Chi u dƠi khe h không khí

g' m Khe h không khí t ng đ ng có tính đ n răng rƣnh stato vƠ rg"d m Chi u dƠi khe h không khí quy đ i theo tr c d

g"q m Chi u dƠi khe h không khí quy đ i theo tr c q

Hc A/m L c kháng từ NCVC

Hsy A/m C ng đ từ tr ng gông từ stato

Hry A/m C ng đ từ tr ng gông từ rôto

Hry1 A/m C ng đ từ tr ng gông từ rôto phía trên kh i NCVC

Hry2 A/m C ng đ từ tr ng gông từ rôto phía d i kh i NCVC

hr2 m Chi u cao rƣnh rôto

hm m Chi u cao kh i NCVC

IPM Đ ng c đ ng b NCVC g n chìm

Iđm A Dòng đ nh m c stato

ids A ThƠnh ph n dòng đi n stato d c tr c

iqs A ThƠnh ph n dòng đi n stato ngang tr c

k 1 H s khe h không khí stato

k 2 H s khe h không khí rôto

kbhx1 H s bƣo hòa đi n kháng t n stato

kbhx2 H s bƣo hòa đi n kháng t n rôto

Lq H Đi n c m đ ng b ngang tr c stato

Lls H Đi n c m t n cu n dơy stato

Lmd H Đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c

Lmq H Đi n c m từ hóa đ ng b ngang tr c

L’lr H Đi n c m t n l ng sóc rôto quy đ i

L’r0 H Đi n c m t ng c a đi n c m t n t p và đ u n i rôto

L’r2 H Đi n c m t n rƣnh rôto xét đ n hi u ng m t ngoƠi

L’r2~ H Đi n c m t n rƣnh rôto quy đ i xét đ n hi u ng m t ngoƠi

l1 m Chi u dƠi tác d ng c a lõi s t stato

l2 m Chi u dƠi tác d ng c a lõi s t rôto

lđ1 m Chi u dƠi ph n đ u n i stato

lsy m Chi u dƠi trung bình c a từ tr ng đi trong gông từ stato

lst m Chi u dƠi trung bình răng rôto

lry m Chi u dƠi trung bình c a từ tr ng đi trong gông từ rôto

lry1 m Chi u dƠi trung bình c a từ trkh i NCVC ng đi trong gông từ rôto phía trên

lry2 m Chi u dƠi trung bình c a từ trkh i NCVC ng đi trong gông từ rôto phía trên

m S pha dơy qu n stato

Rry A.vg/Wb Từ tr gông từ rôto

Rry1 A.vg/Wb Từ tr gông từ rôto phía trên kh i NCVC

Rry2 A.vg/Wb Từ tr gông từ rôto phía d i kh i NCVC

Rst A.vg/Wb Từ tr răng stato

Rsi M Bán kính trong lõi thép stato

r'2 Đi n tr rôto quy đ i stato

rn Đi n tr ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i s = 1

rtd Đi n tr thanh d n rôto

r'td Đi n tr thanh d n rôto quy đ i

r’td~ Đi n tr thanh d n rôto quy đ i xét đ n hi u ng m t ngoƠi

r'v Đi n tr vƠnh ng n m ch rôto quy đ i

x1 Đi n kháng t n dơy qu n stato

x1bh Đi n kháng t n dơy qu n stato khi xét đ n bƣo hòa m ch từ

x'2 Đi n kháng t n rôto quy đ i v stato

x’r2 Đi n kháng t n rƣnh rôto quy đ i v stato

x'2 bh Đi n kháng t n rôto quy đ i xét đ n hi u ng m t ngoƠi vƠ bƣhòa m ch từ

xn Đi n kháng ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i s =

xn bh Đi n kháng ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi vƠ bƣ

rec Đ từ th m t ng đ i

rad Góc xoay rôto

Al(75) m Đi n tr su t c a nhôm 750C

Cu(75) m Đi n tr su t c a đ ng 750C

y1 m Chi u r ng trung bình ph n t dơy d n stato

Tỷ s gi a chi u cao c a rƣnh vƠ chi u sơu hi u ng b m t 'M Wb Từ thông móc vòng stato do NCVC sinh ra

d, q Wb Từ thông móc vòng cu n ph n ng tr c d, q máy đi n đ ng b t ng quát

M1 Wb Từ thông c b n do NCVC sinh ra

g Wb Từ thông khe h không khí

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

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

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

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

H s quy đ i rôto sang stato

t 1bh H s từ d n t n t p stato khi xét đ n bƣo hòa m ch từ

t2 H s từ d n t n t p rôto khi xét đ n bƣo hòa m ch từ

r2 H s từ d n t n rƣnh rôto khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i

r2 bh H s từ d n t n rƣnh rôto khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi vs = 1 vƠ bƣo hòa m ch từ t n

st Tỷ s gi a ti t di n răng trung bình vƠ ti t di n m t b c răng

rt Tỷ s gi a ti t di n răng trung bình vƠ ti t di n m t b c răn

% Hi u su t đ ng c

B ng 2.1ả Các hàm gi i g n đúng ph ng trình vi phơn trong Simulink 22

B ng 2.2ả Thông s LSPMSM 2,2 kW, 3 pha, t c đ 1.500 vòng/phút 26

B ng 3.1ả K t qu tính toán đ c tính Lmq v i hai ph ng pháp LPM vƠ PTHH 41

B ng 3.2ả K t qu tính toán đ c tính Lmd v i hai ph ng pháp LPM vƠ PTHH 50

B ng 3.3ả Đi n tr su t , mm2/m 64

B ng 3.4 ả Giá tr đi n tr stato, rôto theo nhi t đ 65

B ng 3.5ả Thông s qu t ly tâm VTL 4B 03 67

B ng 3.6ả Thông s LSPMSM 2,2 kW xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t 74ừ B ng 3.7ả K t qu tính toán đ c tính Lmd v i ba dày NCVC khác nhau 82đ B ng 3.8ả Thông s LSPMSM 2,2 kW v i đ dày NCVC khác nhau 82

B ng 3.9ả Mômen t i c c đ i LSPMSM 2,2 kW kh i đ ng đ c v i đ dày NCVC khác nhau 83

B ng 3.10ả Hi u su t và h s công su t LSPMSM v i đ dày NCVC khác nhau 83

B ng 3.11ả K t qu tính toán đ c tính Lmq v i ba b r ng NCVC khác nhau 85

B ng 3.12ả B ng t ng h p E0 v i ba b r ng NCVC khác nhau 85

B ng 3.13 ả Thông s LSPMSM 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 85

B ng 3.14 ả Mômen t i c c đ i LSPMSM 2,2 kW kh i đ ng đ c v i b r ng NCVC khác nhau 86

B ng 3.15 ả Hi u su t và h s công su t LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau 86

B ng 3.16 ả Tiêu chu n hi u su t c a đ ng c KĐB 2,2 kW, b n c c theo IEC 87

B ng 3 17ả Thông s LSPSM 2,2 kW v i kích th c NCVC đ c l a ch n và SCIM 3K112- S4 ch đ v n hành xác l p 87

Hình 1.1 Đ ng c Merrill C u hình c- a LSPMSM nam chơm AlNiCo đ u tiên 5

Hình 1.2 Các d ng đ ng c kh i đ ng tr c ti p 8

Hình 1.3 Tám c u hình LSPMSM ph bi n 9

Hình 1.4 C u hình rôto LSHIPMM 12

Hình 1.5 C u hình LSPMSM do H Saikura và c ng s đ xu t 12

Hình 1.6 C u hình và m t đ t thông c a LSPMSM khi phân tích b ng FEM 13ừ ằ Hình 2.1S đ t ng quát c a máy đi n đ ng b 15

Hình 2.2S đ t ng quát c a máy đi n ng b có dây qu n ph n đ ng đ t stato, dây qu n ph n ng rôto 15

Hình 2.3 S đ m ch đi n thay th tr c d c a LSPMSM 20

Hình 2.4 S đ m ch đi n thay th tr c q c a LSPMSM 20

Hình 2.5Kh i bi n đ i uabc sang udq 22

Hình 2.6 Kh i tính toán dòng d c tr c và ngang tr c 23

Hình 2.7 Kh i bi n đ i dòng ng c 24

Hình 2.8 Mô hình LSPMSM đ c mô ph ng b ng MATLAB/Simulink 24ằ Hình 2.9 Đ ng c không đ ng b 3 pha 3K112-S4, 2,2 kW, 1.450 vòng/phút - HEM 25

Hình 2.10 LSPMSM 2,2 kW đ c hi u ch nh t ừ đ ng c 3 pha không đ ng b 3K112- 25S4 Hình 2.11 S đ dây qu n LSPMSM 3 pha, 2,2 kW 26

Hình 2.12 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM 27

Hình 3.1 S đ m ch t LPM tính giá tr Lừ mq c a LSPMSM 35

Hình 3.2 Kích th c răng, rƣnh LSPMSM 3 pha, 2,2 kW, b n c c 36

Hình 3.3 L u đ thu t toán tính toán Lmq = f(iqs) 37

Hình 3.4 C u hình LSPMSM th nghi m 38

Hình 3.5 Chia l i ph n t h u h n LSPMSM th nghi m 38

Hình 3.6 Đ ng đ c tính thép B50-A800 39

Hình 3.7 Đ c tính Lmq = f(iqs) v i thép 1008, đ ngc LSPMSM 2,2 kW 39

Hình 3.8 T thông LSPMSM th nghi m 2,2 kW khi tính toán Lừ mq 40

Hình 3.9 Đ c tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW 40

Hình 3.10 Đ c tính Lmq = f(iq) v i thép B50-A800 s d ng PTHH(FEM) và LPM 41

Hình 3.11 Đ c tính Lmd = f(ids) do Mirahki và Lovelace tính toán cho IPM 43

Hình 3.12 M ch t LPM luừ n án đ xu t đ tính toán đ c tính L = f(i ) 44

Hình 3.13 Các kích th c c b n c a barrier t không khí 45ừ

Hình 3.14 M ch t LPM rút gừ n đ tính toán Lmd 46

Hình 3.15 L u đ thu t toán tính toán Lmd = f(ids) 47

Hình 3.16 Đ c tính Lmd = f(ids) LSPMSM 2,2 kW th nghi m, 3 pha, 2,2 kW 48

Hình 3.17 Chia l i ph n t h u h n khi mô ph ng LSPMSM đ tính toán Lmd v Maxwell 2D 48i Hình 3.18 T thông c a LSPMSM 2,2 kW khi tính toán Lừ md 49

Hình 3.19Đ c tính Lmd = f(ids) thu đ c c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW-ANSYS/MAXWELL 2D 49

Hình 3.20 Đ c tính Lmd = f(ids) v i ph ng pháp LPM đ xu t vƠ ph ng pháp PTHH 50

Hình 3.21 Phân b m t đ t thông trong LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i iừ ds = 2A 51

Hình 3.22 Phân b m t đ t thông trong LSPMSM 2,2 kW v i iừ ds = 20A 51

Hình 3.23 M ch đi n thay th tr c d khi xét nh h ng c a bão hòa m ch t ừ đ n đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq 52

Hình 3.24 M ch đi n thay th tr c q khi xét nh h ng c a bão hòa m ch t ừ đ n đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq 52

Hình 3.25 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM xét nh h ng bão hòa m ch t ừ đ n đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq, J = JR 53

Hình 3.26 Phân b t ừ tr ng t n trong rãnh rôto l ng sóc 54

Hình 3.27 Ti t di n c t ngang c a m t rãnh rôto l ng sóc 55

Hình 3.28 Đ c tính k R(s) c a LSPMSM th nghi m 56

Hình 3.29 Đ c tính k L(s) c a LSPMSM th nghi m 57

Hình 3.30 S đ m ch đi n thay th tr c d hi u ch nh xét đ n hi u ng m t ngoài 58

Hình 3.31 S đ m ch đi n thay th tr c q hi u ch nh xét đ n hi u ng m t ngoài 58

Hình 3.32 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM xét hi u ng m t ngoài 58

Hình 3.33 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM không xét hi u ng m t ngoài 59

Hình 3.34 S đ m ch đi n thay th tr c d xét nh h ng bão hòa m ch t ừ và hi u ng m t ngoƠi đ 1n x, x’2, r’2 62

Hình 3.35 S đ m ch đi n thay th tr c q xét nh h ng bão hòa m ch t ừ và hi u ng m t ngoƠi đ 1n x, x’2, r’2 63

Hình 3.36 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t t n 63ừ Hình 3.37 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM t i m t s nhi t đ môi tr ng làm vi c khác nhau, J = JR, Mt i = Mđm 65

Hình 3.38 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM v i t i qu t gió 67

Hình 3.39 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM v i các mômen quán tính khác nhau 68

Hình 3.40 S đ m ch đi n thay th tr c d hi u ch nh c a LSPMSM 70

Hình 3.41 S đ m ch đi n thay th tr c q hi u ch nh c a LSPMSM 71

Hình 3.42 M t s s đ kh i MATLAB/Simulink mô ph ng LSPMSM có xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 71

Hình 3.43 M t s s đ kh i tính toán ids, iqs, idr, iqr xét nh h ng bão hòa và hi u ng m t ngoài 72

Hình 3.44 S đ kh i tính toán ids có xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 72 Hình 3.45 S đ kh i tính toán iqs có xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 73 Hình 3.46 S đ kh i tính toán L’qr, L’dr, Lls, r’2 có xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 73ầ Hình 3.47 S đ kh i tính toán i’dr xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 74

Hình 3.48 S đ kh i tính toán i’qr xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài 74

Hình 3.49 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM có xét nh h ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài, J = JR 75

Hình 3.50 Khai báo tính toán nh h ng c a hi u ng dòng xoáy trong Maxwell 2D 76

Hình 3.51 L a ch n kích th c l i ph n t h u h n cho thanh d n l ng sóc 77

Hình 3.52 Chia l i ph n t h u h n đ c khi mô ph ng LSPMSM 77

Hình 3.53 Đ ng t thông LSPMSM t i thừ i đi m t = 0,0005 s đ c mô ph ng b i Maxwell 2D 77

Hình 3.54 Đ c tính t c và dòng khđ i đ ng LSPMSM đ c mô ph ng b ng ằ ANSYS/Maxwell 2D 78

Hình 3.55 Đ c tính t c đ LSPMSM đ c mô ph ng b ng ANSYS/Maxwell 2D ằ và MATLAB/Simulink 79

Hình 3.56 C u hình c a LSPMSM th nghi m v i m t s dày NCVC khác nhau 81đ Hình 3.57 Đ c tính Lmd = f(ids) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i ba dày NCVC đ khác nhau 81

Hình 3.58 Đ c tính t c đ kh i đ ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i dày NCVC đ khác nhau 83

Hình 3.59 C u hình LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 84

Hình 3.60 Đ c tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 84

Hình 3.61 Đ c tính t c đ kh i đ ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau 86

Hình 4.1 M t ng d ng c a LabVIEW trong đi u khi n quá trình 90

Hình 4.2 Thi t b OEM NI USB-6009 91

Hình 4.3 S đ mô hình đo l ng LSPMSM 92

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

Hình 4.5 Giao di n LabVIEW đo l ng dòng pha LSPMSM 93

Hình 4.6 Kh i tính toán LabVIEW đo dòng pha LSPMSM 93

Hình 4.7 Encoder t ng đ i 94

Hình 4.8 Thi t k giao di n LabVIEW đo l ng đ c tính t c đ và dòng đi n LSPMSM 94 Hình 4.9 Kh i tính toán LabVIEW đo l ng đ c tính t c đ vƠ dòng đi n LSPMSM 95

Hình 4.10 C u hình rôto LSPMSM th c nghi m khi ch a có vƠ có NCVC 95

Hình 4.11 Nam chơm vĩnh c u NdFeB s d ng trong LSPMSM th nghi m 96

Hình 4.12 Quá trình l p đ t LSPMSM th c nghi m 96

Hình 4.13 Ph i ghép LSPMSM th c nghi m 97

Hình 4.14 Th nghi m LSPMSM v i t i máy phát 97

Hình 4.15 Đ c tính dòng kh i đ ng LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB khi không t i 98

Hình 4.16 Đ c tính dòng kh i đ ng đo đ c v i LSPMSM 2,2 kW khi không t i 98

Hình 4.17 Đ c tính dòng kh i đ ng mô ph ng và th c nghi m LSPMSM 2,2 kW 99

Hình 4.18 Đ c tính t c đ kh i đ ng c a LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB khi không t i 99

Hình 4.19 Đ c tính t c đ kh i đ ng đo th c t c a LSPMSM 2,2 kW khi không t i 100

Hình A.1 M t s hình nh c a đ ng c 3K112-S4 HEM 110

Hình A.2 C u t o stato đ ng c 3K112-S4 HEM 110

Hình A.3 C u t o rãnh stato đ ng c 3K112-S4 HEM 111

Hình A.4 C u t o rôto đ ng c 3K112-S4 HEM 118

Hình A.5 C u t o rƣnh rôto đ ng c 3K112-S4 HEM 118

Hình B.1 C u trúc rôto LSPMSM 131

Hình B.2 M ch t thay th ừ t ng đ ng c a LSPMSM 131

V i m c đích s d ng năng l ng có hi u qu , đ ng c đi n đ ng b nam chơm vĩnh

c u (NCVC) kh i đ ng tr c ti p (LSPMSM) có u đi m v hi u su t s lƠ gi i pháp thay

th m t ph n cho đ ng c không đ ng b (KĐB trong m t s lĩnh v c trong t) ng lai

Th ng kê l i, LSPMSM có các u đi m sau đơy:

Bên c nh nh ng u đi m, LSPMSM còn t n t m t s ni h c đi m trong đó nh c

đi m chính khó khlà i đ ng Quá trình kh i đ ng c a đ ng c b ph c t p b i s có m t mômen do NCVC sinh ra và mômen này không th ắng t” trong quá trình m máy ] [5

Do đó, nghiên c u c tính khđ i đ ng LSPMSM s lƠ chìa khóa đ ph bi n lo i ng đ

c nƠy Vì v y, Nghiên cắ ứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ NCVC khởi động trực

tiếp có xét đến ảnh hưởng c a bão hòa mạch từ và hiủ ệu ứng mặt ngoài” là c p thi t và

có tính th i s cao trong th i đi m hi n nay



Xây d ng mô hình toán nghiên c u c tính khđ đ i đ ng c a LSPMSM có xét đ n

y u t bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài T c tính khừ ừ đ i đ ng thu đ c, đánh giá

nh ng y u t , thông s chính nh h ng đ n quá trình kh i đ ng

 

Đối tượng nghiên c u ứ

Đ i t ng nghiên c u c a lu n án lƠ đ ng c đ ng b NCVC kh i đ ng tr c ti p, do

Ph m vi nghiên c u ạ ứ

Nghiên c u quá trình kh i đ ng c a LSPMSM có xét đ n nh h ng c a bão hòa

m ch t và hi u ng m t ngoài và th c nghi m vừ i đ ng c công su t 2,2 kW



Đ th c hi n đ tài lu n án, lu n án s d ng các ph ng pháp nghiên c u: Ph ng pháp nghiên c u lý thuy t (mô hình toán máy đi n, mô ph ng trên máy tính) vƠ ph ng pháp th c nghi m



Ý nghĩa khoa học

Xây d ng đ c mô hình toán và mô ph ng quá trình kh i đ ng c a LSPMSM có xét

đ n nh h ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài ừ

Ý nghĩa thực ti nễ

K qu nghiên c u s giúp ích cho các nhà thi t k , t ch t o đánh giá vƠ đi u ch nh

k t c u đ có c tính khđ i đ ng c a LSPMSM phù h p

 n án

- Xây d ng mô hình toán và mô ph ng c tính khđ i đ ng c a LSPMSM có xét đ n

nh h ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài ừ

- Áp d ng ph ng pháp mô hình tham s t p trung đ tính toán đ c tính đi n c m t ừhóa ng b d c trđ c, ngang tr mdc L, Lmq c a LSPMSM có xét đ n nh h ng bão hòa

 LSPMSM

Đ ng c đ ng b NCVC kh i đ ng tr c ti p (LSPMSM) đƣ có quá trình hình thƠnh vƠ phát tri n lâu dài, có th tóm t t nh sau [63]: Năm 1955, F W Merrill lƠ ng i đ u tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn ch nh, trong đó các thanh NCVC đ c ch t o t ừFerrite và h p kim Alnico Tuy nhiên, NCVC Alnico có h s l c kháng t Hừc th p, kh

năng n đ nh nhi t không cao, NCVC Ferrite l i có m t đ t thông ừ rd th p, đB giòn

cao Thêm vƠo đó, hai v t li u NCVC trên có các đ ng đ c tính kh t phi tuyừ n m nh, vì

v y s m t d n t tính trong quá trình hoừ t đ ng T i th i đi m Merrill phát minh LSPMSM, các đ c tính t tính không t t c a NCVC ừ đƣ h n ch kh năng ph bi n th ng

m i đ i v i lo i đ ng c m i đ y tri n v ng này Ti p theo s phát minh c a Merrill, đƣ có

m t vài t ch c và nhà s n xu t đ ng c quan tâm đ n đ ng c LSPMSM Khi công ngh

v t li u NCVC phát tri n v i m t s thành t u đáng k thì m i quan tơm đ i v i đ ng c

đ ng b NCVC (PMSM) theo đó cũng tăng lên M t b c ngo t xu t hi n vào nh ng năm

các ph ng pháp c l ng thông s vƠ ph ng pháp phơn tích ph n t h u h n cũng

đ c phát tri n m nh m Sau kho ng th i gian 10 - 12 năm ti p theo, trong lĩnh v c s n

xu t công nghi p, ng i ta b t đ u chú Ủ đ n LSPMSM LSPMSM đ c phát tri n và ng

d ng trong công nghi p xu t phát t nhu c u v ừ đ ng c có hi u su t cao, chi phí v n hành

th p Bên c nh đó, xu h ng ng d ng LPSMSM trong công nghi p còn do LSPMSM đáp

ng các tiêu chu n qu c t nh hi u su i v n ngày càng cao Trên

th c t , có nhi u đƣ quy đ nh tiêu chu n hi u su t năng l ng, chính sách năng l ng

đ c ban hành t i M (1992), Canada (1997) và gỹ n đơy là Liên minh châu Âu vào tháng 6

năm 2014 ban hƠnh tiêu chu n IEC 60034-30-1:2014 T i Vi t Nam, năm 2013 Tiêu chu n

qu c gia TCVN 7540-1: 2013 đƣ đ c ban hành th i đi m hi n t i, LSPMSM đƣ vƠ đang đ c t p trung nghiên c u và ch t o, các thi t k m i liên t c đ c phát minh nh m ằ

m c đích nâng cao hi u su t, công su t và d l p đ t [63] Th c t , m t s là hƣng đƣ ch

t o đ c LSPMSM có công su t t r l n (hƣng DAMEL Ba Lan đƣ s n xu t LSPMSM

1.2  LSPMSM

Theo [18], so v i các đ ng c th i đi m hi n nay nh : đ ng c KĐB to l ng sóc, rô

đ ng c KĐB to dây qurô n, đ ng c đ ng b , LSPMSM có các u đi m sau:

Chính vì nh ng tính ch t trên mà LSPMSM hi n đang đ c t p trung nghiên c u và

k v ng s thay th m t ph n ỳ cho đ ng c KĐB (hi n đang đ c s d ng ph bi n) trong

Tác gi Nguy n Vũ Thanh (2015) [8] nghiên c u thi t k t i u đ ng c đ ng b 3 pha NCVC (LSPMSM) Trong nghiên c u, tác gi t p trung xem xét thu t toán thi t k ,

ch t o hoàn ch nh đ ng c đ ng b 3 pha NCVC kh i đ ng tr c ti p t lừ i đi n, t ừ đó

th c hi n t i u đ nâng cao hi u su t, h s công su t cos và gi m th tích NCVC ng đ

c ch t o theo công ngh xu t đ

1.4

th m hi n t i, các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM ng do v t li u NCVC t hiđ m ngày càng r và sẻ n có Thêm vƠo đó, các tiêu chu n qu c t cũng nh các

n c hi n nay đ u yêu c u m c hi u su t i v i đ đ ng c đi n ngày càng cao, trong khi

đ ng c KĐB g n nh đƣ đ t đ n ng ỡng hi u su t t i đa, vi c nâng ca là ro t khó khăn[16] Vì v y LSPMSM đang thu hút đ c s đ c quan tâm t các nhà nghiên c u và sừ n

xu t đ ng c Tóm l c các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM có th k đ n nh sau:

F W Merrill 3] [6 đ c coi lƠ ng i đ u tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn

ch nh vƠo năm 1955, t i th i đi m đó NCVC th ng là Ferrite (oxít s t) ho c h p kim AlNiCo (h p kim c a niken, nhôm, coban cùng v i vi c k t h p m t s h p ch t khác) Hình 1.1 bi u di n m t c t ngang đ ng c do Merrill phát minh, đ ng c có 4 vòng l p

t thông (A, B, C và D) V i cừ u hình s khai nƠy, không có thành ph n mômen t ừ tr

đ ng c

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] u vƠ đánh giá hi u su t c a m t dòng

đ ng c m i (đ ng c LSPMSM) Các tác gi khẳng đ nh, b ng vi c thêm vào các thanh ằNCVC trong c u trúc rôto, hi u su t và h s công su t c a đ ng c đƣ đ c nâng cao đáng k , không c n ph i có c u trúc rôto ph c t p hay công ngh ch t o chi phí l n đi kèm Cũng theo các tác gi , đ đánh giá quá trình quá đ và xác l p c a LSPMSM c n có

m t mô hình toán v i các thông s u vào ph thu c cđ u hình đ ng c (c u hình stato, rôto, v trí các thanh nam châm, các t m c n t ,ừ ầ) [51]

Honsinger (1980) 8] nghiên c u [7 đ xu t mô hình toán c a LSPMSM đ c vi t theo

h t a đ d, q v i các thông s đ u vƠo lƠ đi n áp, đi n c m, đi n tr stato và rôto, t thông ừkhông t do NCVC sinh ra, Do công ngh tính toán i ầ th i đi m này ch a phát tri n nên

Honsinger không tr c ti p gi i bài toán vi phân, mà thông qua mô hình toán Honsinger xây

d ng các ph ng trình tính toán mômen KĐB (mômen l ng sóc) và mômen c n d i d ng các hàm s gi i tích Cũng trong năm 1980 9], Honsinger nghiên c u [7 ph ng pháp tính

toán LSPMSM ch đ v n hành xác l p có tính đ n t n hao s t Ọng đ xu t hai ph ng pháp, ph ng pháp đ u tiên ng d ng lý thuy t máy đi n đ ng b thông th ng b ng cách ằ

s d ng các ph ng trình pha đ c hi u ch nh thông qua b sung m ch t ph Pừ h ng pháp th hai ng d ng t ng tr máy đi n, trong đó t ng tr đ c hi u ch nh đ tính đ n

nh h ng 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,

t p h n Trong nghiên c u, Honsinger cũng cho rằng các đ c tính c a LSPMSM ch đ

v n hành xác l p ph thu c nhi u vào các thông s s c đi n đ ng c m ng không t E0, i

đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c và ngang tr c (Lmd, Lmq)

trong quá trình kh i đ ng, mômen đi n t từ ng t h p clà a các thành ph n mômen KĐB

(induction torque), mômen t ừ tr (reluctance torque) và mômen c n do NCVC sinh ra

(braking torque) Trong các thành ph n mômen, mômen do NCVC sinh ra làm cho t ng

mômen kéo gi m, d n đ n quá trình kh i đ ng c a LSPMSM g p khó khăn Miller k t

lu n, LSPMSM có đ ng đ c tính mômen/đ tr t d c, do đi n tr l ng sóc nh , s có kh năng đ ng b hóa t t, đ c bi t đ i v i đ ng c công su t l n Nh ng ng c l i, có th d n

đ n giá tr mômen m máy b suy gi m, trong tr ng h p này ph i thi t k l ng sóc kép Qua th c nghi m v i đ ng c thí nghi m 25 Hp, 3 pha, 460 V, t c đ 1.800 vòng/phút,

Miller nh n m nh quá trình kh i đ ng là v n đ then ch t c a LSPMSM, vì v y trong khi thi t k c n ph i l a ch n các thông s h p lý m b o quá trình khđ đ i đ ng c a đ ng

c Miller và c ng s (2003) 3] nghiên c u LSPMSM v i c u hình NCVC g n chìm[7

Theo các tác gi , hi n t ng bão hòa m ch t s c bi t ph c từ đ p đ i v i LSPMSM g n chìm do các ph n lõi thép bên trong k t c u rôto lúc v n hành s có m c đ bão hòa khác

nhau ôi khi bão hòa m ch t s Đ ừ nh h ng l n đ n giá tr đi n c m và s c đi n đ ng

c m ng NCVC Ph ng pháp truy n th ng th ng s d ng các thông s này tính toán đmômen, dòng đi n, đi n áp vì v y k t qu ,ầ thu đ c có th không chính xác Bên c nh

ph ng pháp tính toán truy n th ng, ph ng pháp ph n t h u h n (PTHH) v i kh năng

gi i quy t các bài toán đi n t ừ tr ng có đ chính xác cao cũng đ c s d ng đ tính toán mômen, dòng đi n, đi n áp nh ng t c đ tính toán ch m T các phân tích trên, tác gi ừ đ

xu t ph ng pháp đ th s c t ng - t thông (Flux - MMF Diagr ) ừ đ ừ am đ tính toán mô

ph ng các đ c tính LSPMSM Qua nghiên c u và th c nghi m, Miller khẳng đ nh ph ng

pháp đ th s c t ừ đ ng ừ thông đ xu - t t có th xác đ nh các thông s Xd, Xq, E0t ng t

ph ng pháp PTHH ngoƠi ra ph, ng pháp nƠy có th xác đ nh các thông s trên trong

đi u ki n v n hành không ph i lỦ t ng

M A Rahman, A M Osheiba và T S Radwan (1997) 4] nghiên c u quá trình kh[5 i

đ ng LSPMSM Tác gi nghiên c u mômen đi n t t ng h p trong quá trình khừ i đ ng

Nghiên c u cho r ng mômen ằ đi n t t ng h p t h p cừ là a mômen trung bình th i đi m

v n hành xác l p vƠ mômen dao đ ng Mômen trung bình s có tác d ng kéo đ ng c vƠo

đ ng b , trong khi đó mômen dao đ ng lƠm cho đ ng c rung vƠ n trong quá trình kh i

đ ng T ừ ph ng trình mômen trung bình và mômen dao đ ng, các tác gi xu t đ ph ng

pháp tính toán mômen đi n t t ng h p nghiên c u quá trình khừ đ i đ ng đ ng c Bên

c nh đó, tác gi cũng s d ng ph ng trình mômen đi n t t ng h p nghiên c u m t s ừ đ

nh h ng c a tham s đ ng c đ n quá trình kh i đ ng nh : đi n áp, t n s ngu n c p, t ỷ

l c c l i, đi n áp không t i Đ ki m nghi m, k t qu tính toán t ừ ph ng pháp đ xu t s

đ c so sánh v i k t qu th nghi m trên m t LSPMSM m u Qua nghiên c u quá trình

kh i đ ng LSPMSM, các tác gi cho rằng các thông s c a đ ng c đ u nh h ng đ n quá trình kh i đ ng c a đ ng c Các tác gi k t lu n LSPMSM có mômen kh i đ ng l n (có kh ả năng khởi động với mômen t i caoả , điện áp ngu n c p nh ) thì ồ ấ ỏ kh năng đ ng b

hóa s th p, ngoài ra t n s ngu n c p cao thì mômen đi n t t ng h p sinh ra nh , bên ừ

c nh đó kh năng đ ng b c a LSPMSM còn ph thu c nhi u vào t l c c l i Xỷ d/Xq

Juliette Soulard, Hans - Peter Nee (2000) 8] nghiên c u quá trình kh[4 i đ ng c a

LSMPSM Nghiên c u ch ra rằng kh năng kh i đ ng c a LSPMSM ph thu c nhi u vào thông s đ ng c M t s thông s ch u nh h ng c a m t s y u t khác nh nhi t đ , vì

v y s khó khăn đ tính toán chính xác ch đ quá đ Trên c s phân tích, các tác gi

đ xu t ph ng trình tính toán mômen t i ng d ng hàm Lyapunov Các tác gi k t lu n, đơy lƠ ph ng pháp đ n gi n đ xác đ nh mômen t i l n nh t mƠ đ ng c LSPMSM có th

kh i đ ng đ c Bên c nh đó, ph ng pháp cũng có th đ c ng d ng đ xét nh h ng

c a các thông s đ ng c đ n kh năng kh i đ ng Các tác gi cũng cho r ng ằ đi n áp ngu n c p vƠ đi n tr rôto là hai thông s quan tr ng nh t nh h ng đ n kh năng kh i

đ ng c a đ ng c Ngoài ra, ph ng pháp đ xu t có th đ c dùng đ xác đ nh mômen t i

ng ỡng đ i mƠ đ ng c có th kh i đ ng v i các đi u ki n cho tr c và ph ng pháp cũng

có th ng d ng đ đánh giá đ ng c s b trong khâu thi t k

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

đ c a LSPMSM khi ng t ngu n c p trong th i gian ng n Theo các tác gi , LSPMSM

đ c thi t k v n hƠnh trong đi u ki n đi n áp ngu n c p sin, t n s c đ nh, đi n áp ngu n c p liên t c, cân b ng, ằ ầ Khi đ ng c m t ngu n c p, rôto s gi m t c đ t t , từ ừ c

đ quay rôto gi m s khác v i tr ng h p đ ng c KĐB do s có m t c a NCVC trong rôto Trong quá trình gi m t c, đ ng c v n còn t n t i t ừ tr ng quay đ c sinh ra b i NCVC trong rôto, t ừ tr ng này c m ng s c đi n đ ng kích thích sinh ra dòng c m ng trong stato, dòng c m ng s sinh ra mômen c n làm cho quá trình gi m t c ch m h n Khi

đi n áp c p ph c h i tr l i, scó sai pha gi a s c đi n đ ng kích t ừ vƠ đi n áp ngu n c p,

đi u này d n đ n các tác đ ng có h i, đ c bi t là tác h i đ i v i NCVC Tác h i do quá trình m t đi n t m th i ph thu c ch y u vào lo i t i, vì v y khi thi t k ph i đ m b o

r ng NCVC s không b kh t ằ ừ đi u ki n trên Ugale, Singh, Bake và Chaudhari (2009)

[61] nghiên c u hi u qu ti t ki m năng l ng khi ng d ng LSPMSM trong ngành nông nghi p n Đ Theo nghiên c u, trong lĩnh v c nông nghi p đ ng c KĐB 3 pha, công

su t 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 đ c

s d ng ph bi n nh t Đ đánh giá, tác gi sánh các c u hình LSPMSM khác nhau soTrong đó, stato đ c t n d ng t ừ đ ng c KĐB 5 Hp s n có, rôto đ c thi t k l i l ng sóc

đ đ m b o kh năng kh i đ ng, bên trong lõi thép rôto t các thanh NCVC có hình d ng đkhác nhau Các tác gi nghiên c u 6 c u hình rôto đ đánh giá hi u su t c a t ng ừ lo i Các tác gi cũng nghiên c u v i gi thi t đ ng c KĐB 5 Hp đ c thay th b i LSPMSM trong

th i gian m t năm, giá tr ph n năng l ng ti t ki m đ c tính toán đ đánh giá l i ích c a

vi c thay th đ ng c KĐB bằn LSPMSM Các tác gi k t lu n, vg i các n c có n n kinh

t m i n i ho c đang phát tri n nh n Đ thì c n thi t ph i có các gi i pháp ti t ki m năng l ng Bên c nh đó, do ch t l ng đi n áp các vùng nông nghi p, c bi t đ cácvùng s , vùng xa r t th p, nên âu đ ng c KĐB hi n đang s d ng v i s l ng l n s không

đ m b o hi u su t v n hành nh thi t k vVì y, nâng cao hi u su t đ đ ng c trong quá trình chuy n hóa năng l ng có th s d ng LSPMSM thay th đ đ ng c KĐB Nghiên

c u khẳng đ nh, v i l i ích kinh t nên p tti c nghiên c u ng d ng LSPMSM r ng rãi đ

h n trong ngành nông nghi p n Đ Xa h n n a, nghiên c u cũng đ xu t thay đ i công ngh ch t o hi n có nh m m b o ằ đ năng l c s n xu t LSPMSM v i s l ng l n nhằm đáp ng nhu c u s d ng trong t ng lai

T Marčič, B Ởtumberger, Gorazd Ởtumberger, M Hadžiselimović, P Virtić vƠ

D Dolinar (2008) 6] nghiên c u so sánh LSPMSM v[7 i đ ng c KĐB Các tác gi kh ng ẳ

đ nh ch v n hành xác l p, LSPMSM có hi u su t và h s công su t lđ n h n đ ng c KĐB T t c LSPMSM thí nghi m đi n áp và t i đ nh m c u v n hành v i nhiđ t đ

thay th cho đ ng c KĐB, nh ng đ i i v LSPMSM m t pha thì c n t kh i đ ng có giá

tr l n h n đ i v i đ ng c KĐB đ đ m b o kh năng kh i đ ng tr c ti p T Marčič(2010, 2011) 5], [7 [77] nghiên c u m t s d ng đ ng c kh i đ ng tr c ti p Tine Marčič

đ a ra ba lo i đ ng c kh i đ ng tr c ti p lƠ đ ng c KĐB, đ ng c từ tr vƠ LSPMSM đnghiên c u và so sánh hi u su t gi a các d ng đ ng c nƠy (hình 1.2) Tác gi cho rằng

đ ng c từ tr có th là m t gi i pháp thay th đ ng c KĐB nh ng ch ng d ng cho đ ng

c công su t l n, lý do là nh m m bằ đ o kích th c c n t (Flux Barrierừ ) đ đ ng c có

th kh i đ ng Nghiên c u k t lu n, PMSM gLS n chìm v i nhi u u đi m trong v n hành đang lƠ h ng nghiên c u đ thay th đ ng c KĐB đ, c bi t là d i công su t nh

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 kh i đ ng c a LSPMSM Các tác gi ng d ng mô hình toán LSPMSM do Honsinger đ xu t mô ph ng quá trình khđ i đ ng c a đ ng c Nghiên

c u áp d ng tính toán cho LSPMSM thí nghi m 3 pha, 5 kW, t c đ 3000 vòng/phút,

NCVC NdFeB K t qu mô ph ng đ c so sánh v i k t qu thu đ c khi s d ng ph n

m m ắLUVENS EX5” - ng d ng ph ng pháp PTHH C tác gi k t lu n vác i ph ng pháp đ xu t, mômen kh i đ ng s đ c phân tích chi ti t, cho phép hi u sâu v c ch

đ ng b c a LSPMSM C ng v i các tác gi trên (2010) [22] nghiên c u quá trình kh i ũ

đ ng và xác l p c a LSPMSM Các tác gi nghiên c u hai lo i LSPMSM c c n và c c

l i Thông qua ph n m m mô ph ng ng d ng ph ng pháp PTHH và k t qu đo l ng

th c t , các tác gi phân tích các c tính đ quá đ và xác l p c a hai lo LSPMSM Các tác i

gi k t lu n, LSPMSM c c l i có đ c tính kh i đ ng và v n hành xác l p t t h n

LSPMSM c c n, hi u su t và h s công su t tăng t ng ng là 0,6% và 3,4%

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

mô hình toán LSPMSM k t qu mô phđ ng chính xác h n Các tác gi đƣ xơy d ng mô hình toán c a LSPMSM đ c vi t theo h tr c t a đ d, q hi u ch nh t mô hình toán do ừHonsinger đ xu , trong đó bt qua hi u ng m t ngoài Các thông s t thông t n, t ừ ừthông chính đ c xác đ nh b ng ằ ph ng pháp PTHH Các tác gi th c nghi m v i LSPMSM 3 pha, 2 c c, 5 kW, t c đ 3000 vòng/phút, đi n áp 200V Qua nghiên c u các

tác gi k t lu n, các đ c tính và mômen t i trong quá trình kh i đ ng thu đ c t ừ ph ng pháp đ xu t vƠ ph ng pháp PTHH lƠ t ng đ ng nhau Nh v y có th khẳng đ nh

tăng đi n tr l ng sóc Bên c nh đó, kh năng đ ng b hóa c a đ ng c cũng đ c c i thi n đáng k

D Aliabad, M Mirsalim (2012) [13] nghiên c u quá trình đ ng và mô hình toán c a

LSPMSM đ i c c C tác giác khẳng đ nh, ph ng pháp đ i c c LSPMSM khi kh i đ ng

có r t nhi u u đi m nh c i thi n mômen kh i đ ng, tăng kh năng đ ng b hóa và nâng cao hi u su t ch đ v n hành xác l p, tuy nhiên khi đóng c t đ i c c s xu t hi n m t vƠi dao đ ng mômen có th làm nh h ng x u đ n quá trình quá đ Biên đ dao đ ngkhi đóng c t đ i c c ph thu c vào t c đ đ ng c , th i đi m đóng c t, biên đ dao đ ng này l n có th d n đ n ch v n hành không đ n đ nh, th m chí còn làm cho LSPMSM

ho t đ ng d i t c đ đ ng b Vì v y c n thi t ph i nghiên c u sơu h n đ có th l i

d ng tri t đ u đi m c a ph ng pháp đ i 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 kh i đ ng c a LSPMSM Các tác gi đ xu t ph ng pháp tính toán mômen kh i đ ng LSPMSM thông qua đo l ng Các thông s đ ng c (dòng, áp, độ

trượt) đ c đo thông qua card CIO-AD16JR c đt cao và s là d li u đ u vào c a ph n

m m tính toán ng d ng các ph ng trình c b n c a LSPMSM K t qu đ u ra lƠ đ c tính mômen đi n t khừ i đ ng theo th i gian, ho c các thành ph n mômen ph thu c vƠo đ

tr t s t ng ng Tuy nhiên nh c đi m c a ph ng pháp nƠy lƠ c n ph i có s n đ ng c

đ th nghi m D Stoia, M Cernat, K Hameyer, D Ban (2009) 3] nghiên c[3 u xu t đ

ph ng pháp tính toán kích th c NCVC đ đ m b o hài hòa gi a kh năng kh i đ ng và các ch s v n hành xác l p c a LSPMSM Bên c nh đó, đi m làm vi c c a NCVC đ c

thi t k sao cho có l i nh t v m t năng l ng D Stoia, O Chirilă, M Cernat, K

Hameyer, D Ban (2010) 4] p t[3 ti c nghiên c u đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM Trong

nghiên c u, các tác gi chia quá trình kh i đ ng c a LSPMSM thƠnh ba giai đo n: Giai

đo n 1 lƠ giai đo n tăng t c, lúc này dòng kh i đ ng cao, mômen KĐB và mômen c n đ t

giá tr c c đ i, khi t c đ đ ng c nh h n n a t c đ ng b s đ xu t hi n các kho ng

ắgi m t c”; Giai đo n 2 là giai đo n kéo vƠo đ ng b , lúc này LSPMSM đi vƠo tr ng thái dao đ ng quanh đi m cân b ng (tằ ốc độ đồ ng bộ); Giai đo n 3 là quá trình đ ng b hóa,

mômen c n do NCVC sinh ra luôn d ng, mômen l ng sóc gi m d n giá tr v không

İlhan Tarimer (2009) 4] nghiên c[4 u đánh giá hi u su t v n hành xác l p m t s c u

hình đi n hình c a LSPMSM İlhan Tarimer nghiên c u tám lo i c u hình rôto LSPMSM

S d ng công c mô ph ng ANSYS/RMxprt cho tám d ng đ ng c v i b n v t li u NCVC khác nhau (Alnico9, SmCo28, NdFeB35, XG196/96 ), tác gi k t lu n LSPMSM là

đ ng c 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

và c u hình rôto Tác gi cũngch ra rằng, trong tám c u hình ph bi n thì c u hình (f) v i NCVC NdFeB-N35 s p x p hình ch ắV” s cho hi u su t cao nh t Bên c nh đó, hi u su t LSPMSM còn ph thu c m t s y u t khác t i th i đi m v n hành, ví d nh nhi t đ

A Nekoubin (2011) [24] cũng nghiên c u LSPMSM vƠ đánh giá hi u su t c a m s t

d ng c u hình rôto LSPMSM, Nekoubin nghiên c u ba c u hình rôto c b n LSPMSM

nh hình 1.3 c, h, f Nakoubin k t lu n, vi c l a ch n c u hình rôto đóng vai trò quy t đ nh

đ n 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

ch ắV” có hi u su t cao nh t

M H Soreshjani, A Sadoughi (2014) 6] nghiên c[5 u so sánh đ ng c KĐB và

LSPMSM d a trên mô hình c a hai d ng đ ng c , trong đó mô hình toán đ ng c KĐB và LSPMSM đ c vi t theo h t a đ d, q Nghiên c u s d ng đ ng c th nghi m KĐB

l ng sóc 3 pha, 4 c c, công su t 0,75 kW; LSPMSM đ c hi u ch nh t ừ đ ng c KĐBtrên, ph n m m MATLAB/Simulink đ c s d ng đ mô ph ng c tính c a hai lođ i đ ng

c Từ k t qu thu đ c, nghiên c u k t lu n quá trình kh i đ ng c a LSPMSM ch u nh

h ng đáng k khi mômen t i l n, giá tr đi n áp đ u vào nh Nh ng LSPMSM s cho ch

s v n hành t t h n đ ng c KĐB, vì v y s t kiti m năng l ng n u dùng LSPMSM thay

th cho đ ng c KĐB Cũng năm 2014, M H Soreshjani, R Heidari và A Ghafari 7] [5

nghiên c u ng d ng ph ng pháp đi u khi n tr c ti p t thông và mômen cho LSPMSM ừ

và so sánh v i đ ng c đ ng b NCVC (PMSM) Trong nghiên c u, các tác gi s d ng

mô hình toán c a PMSM vƠ LSPMSM đ c vi t theo h t a đ d, q Nghiên c u áp d ng cho PMSM và LSPMSM thí nghi m 3 pha, công su t 1 kW, 4 c c, 50 Hz, 380 V, trong đó

hai lo i đ ng c có k t c u stato gi ng nhau, ch khác nhau v c u t o rôto Các tác gi

khẳng đ nh, LSPMSM hoàn toàn có th thay th PMSM vƠ đ ng c KĐB trong các ng

d ng đi u khi n t c đ (Adjustable Speed Drive-ASD), th m chí trong m t s ph ng pháp

đi u khi n, LSPMSM đáp ng t t h n (ví d ph ng pháp đi u khi n đ nh h ng t ừ

tr ng (FOC)) A.R.Sadoughi, M.Zare và M Azizi (2015) [19] nghiên c u quá trình c p

ngu n t b ừ đi u khi n đi n vòng l p h đi n áp/t n s /F) cho (V LSPMSM vƠ đ ng c KĐB trong đi u ki n cùng công su t và cùng s c p c c Nghiên c u s d ng ph n m m MATLAB/Simulink đ mô ph ng mô hình toán c a đ ng c KĐB l ng sóc, b n c c, 1,1

kW c a hãng Motogen Tabiz - Iran và LSPMSM b n c c, 1,1 kW đ c hi u ch nh t ng ừ đ

c KĐB trên T k t qu ừ thu đ c, các tác gi k t lu n, v i công ngh đi u khi n V/F vòng

l p h , đ ng c KĐB s c i thi n h s công su t, gi m dòng làm vi c, trong khi đó đ ng

c LSPMSM b gi m h s công su t, tăng dòng làm vi c LSPMSM luôn có mômen đ p

m ch và ch s đi u hòa dòng stato v t ng ỡng cho phép

A H Isfahani, S V Zadeh (2009) [16] nghiên c u t ng lai phát tri n c a LSPMSM Các tác gi khẳng đ nh, ngày nay m t s t ch c nh NEMA vƠ IEEE đƣ ban hƠnh các tiêu chu n m i đ i v i đ ng c đi n, trong đó yêu c u hi u su t v n hành ngày càng cao Th c

t châu Âu và M trong th i gian qua ỹ đƣ th c hi n nhi u gi i pháp đ s d ng năng

l ng có hi u qu , trong đó ch y u t p trung nâng cao hi u su t đ ng c đi n KĐB do

đ ng c KĐB hi n đang chi m 96% công su t tiêu th iđ n dƠnh cho đ ng c toƠn n c

M Tuy nhiên viỹ c nâng cao hi u su t đ ng c KĐB ằ b ng cách t i u hóa thi t k v n

ch a thu đ c k t qu kh quan, m t gi i pháp thay th là s d ng PMSM Nh ng PMSM

l i đòi h i bi n t n ho c các thi t b ph khđ i đ ng vì v y s không hi u qu LSPMSM

v i kh năng kh i đ ng tr c ti p, hi u su t cao, t c đ làm vi c ch ph thu c t n s ngu n

c p, tu i th cao nên r t phù h p cho các ng d ng t i b m, qu t, máy nén khí Tuy nhiên, LSPMSM có nh c đi m là giá thành v n còn cao do NCVC, có thêm vƠo đó là khó kh i

đ ng vƠ đ ng b hóa Vì v y, khi l a ch n LSPMSM, ng i s d ng c n ph i xem xét

hi u qu kinh t khi đ u t , v n hành, ng th i ph i tính toán kh đ năng kh i đ ng c a

đ ng c v i t i A H Isfahani, S V Zadeh (2011) [17] nghiên c u nh h ng c a đi n

c m t hóa ừ đ n đ c tính kh i đ ng LSPMSM Trong nghiên c u các tác gi v n xét đi n

c m t ừ hóa đ ng b là h ng s Các tác gi xem xét ằ nh h ng c a đi n c m t ừ hóa đ ng

b lên quá trình kh i đ ng c a đ ng c LSPMSM v i hai k t c u rôto khác nhau Các tác

gi ng d ng mô hình toán c a LSPMSM đ c vi t theo h t a d, q mô ph ng c đ đ đtính kh i đ ng c a LSPMSM Cũng trong năm 2011, A H Isfahani, S V Zadeh, M A

Rahman [18] nghiên c u kh năng đ ng b hóa c a LSPMSM, các tác gi đ xu t ph ng pháp đ n gi n nh ng chính xác đ d đoán kh năng đ ng b hóa c a LSPMSM Đ chính xác c a ph ng pháp đ xu t đ c ki m tra v i k t qu thu đ c bằng ph ng pháp PTHH K t qu cho th y, ph ng pháp đ xu t có sai s trong kho ng 15% so v i ph ng pháp PTHH, s sai l ch này ch y u do b qua m t vài nh h ng và gi thi t đ tr t là hàm sin c a góc t i

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

đ ng b NCVC g n chìm t tr khừ i đ ng tr c ti p (LSHIPMM) là m t d ng đ c bi t c a

LSPMSM và lĩnh v c ng d ng c a đ ng c này Các tác gi đ xu t nghiên c u LSHIPMM trong đó rôto g m hai thành ph n là thép và nhôm (thành ph n thép t o có

m ch vòng t ừtr đ c c u t o t h p kim thép - cobalt (t l 36% cobalt)), bên trong lõi ừ ỷ

thép có g n các thanh NCVC; thành ph n nhôm gi a lõi thép là tr nhôm đúc đ c, c u

t o rôto nh hình 1.4) Rabbi và Rahman cũng đ xu t mô hình toán cho LSHIPMM, t ừ đó

mô ph ng quá trình quá đ đ đánh giá kh năng kh i đ ng c a LSHIPMM Mô hình toán

c a LSHIPMM do Rabbi và Rahman đ xu t đ c vi t theo h t a đ d, q, trong đó có b sung t n hao vòng l p t ừ tr Nghiên c u áp d ng tính toán cho LSHIPMM t ừ tr thí

nghi m 3 pha b n c c, 208 V, 2,5 kW, k t qu cho th, y đ c tính thu đ c t mô ph ng ừ

mô hình toán và th c nghi m lƠ t ng đ ng nhau Vì v y, tác gi khẳng đ nh mô hình toán lƠ t ng đ i chính xác và LSPMSM t ừtr có kh năng kh i đ ng tr c ti p Bên c nh

đó, các tác gi còn nghiên c u kh năng ng d ng c a LSHIPMM cho t i b m chìm K t

qu cho th y u đi m v hi u su t vƠ đ tin c y c a đ ng c v i t i này t các tác gi ừ đó

k t lu n LSHIPMM thích h p v i t i b m

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

LSPMSM hi u su t cao v NCVC g n b m t C u hình LSPMSM các tác gi i đ xu t có

u đi m là ch v i hai thanh NCVC đ ng c s có b n c c (LSPMSM g n chìm b n c c thông th ng ph i có ít nh t b n thanh NCVC) u đi m n a c a thi t k là đ ng c cómômen kh i đ ng cao h n LSPMSM g n chìm, trong khi mômen v n hành xác l p lƠ nhnhau Bên c nh đó, các tác gi cũng nghiên c u ba c u hình LSPMSM, trong đó hai c u hình đ c b sung các thanh NCVC ph T k t qu mô ph ng ừ đ ng c ằb ng ph n m m

ng ph ng pháp

ng d PTHH, các tác gi k t lu n các c u hình LSPMSM v i NCVC g n

b m t nh thi t k có kh năng kh i đ ng tr c ti p, trong đó c u hình 3 cho hi u su t cao

nh t Các c u hình có mômen kh i đ ng và xác l p lƠ t ng đ ng nhau

Hình 1.5 C u hình LSPMSM do H Saikura và c ng s ấ ộ ự đềxuất (ngu n: 2]) ồ [4

J J Lee, Y K Kim, S H Rhyu, I S Young (2013) 7] nghiên c[4 u m t s c u hình

LSPMSM 3 pha hi u su t cao Các tác gi nghiên c u hai c u hình rôto LSPMSM

b n c c, công su t 750 W, đi n áp ngu n c p 380 V, t c đ 1.800 vòng/phút (hình 1.6)

T k t qu mô phừ ng đ ng c bằng ph n m m ng d ng ph ng pháp PTHH, các tác gi

k t lu n c hai c u hình trên đ u cho hi u su t làm vi c cao khi so sánh v i đ ng c KĐB

có cùng công su t (c u hình 1: 93,5%; c u hình 2: 94,1%), h s công su t l n (c u hình 1: 0,91; c u hình 2: 0,96) Ngoài ra, các tác gi cũng k t lu n c u hình 2 (NCVC s p x p chV) cho hi u su t cao h n c u hình 1, nguyên nhân do s chênh l ch gi a đi n c m t hóa ừ

đ ng b d c tr c và ngang tr c l n h n

Nam châm

u Trc Lõi thép

L ng sóc 

h n [15]) Vì v y, LSPMSM hi n nay đang đ c quan tâm nghiên c u và ng d ng đ thay th m t ph n cho đ ng c KĐB

- Bên c nh u đi m v hi u su t, LSPMSM v n còn t n t i nhi u v n đ c n đ c

gi i quy t nh m th c s thay th m t phằ n cho đ ng c KĐB truy n th ng M t s t n t i chính c a LSPMSM có th th ng kê nh giá thành v t li u NCVC, công ngh ch t o ph c

t p do có NCVC và khó khăn khi kh i đ ng

- Ngày nay nh s phát tri n c a công ngh ch t o đ ng c và v t li u NCVC đ t

hi m NdFeB ngày càng r và s n có trên th ẻ tr ng [19] nên y u t kh i đ ng đ c xem là

nh c đi m l n nh t c n kh c ph c c a đ ng c nƠy Th c t là vì kh i đ ng khó khăn nên LSPMSM th ng đ c ng d ng cho các t i b m, qu t và máy nén khí [15] Xu t phát t ừ

h ph ng trình vi phơn đ c vi t theo h t a đ d-q [13], [15], [21], 6], [66], 7], 2] [5 [6 [8

và ph ng pháp s d ng các ph n m m ng d ng ph ng 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 đ c tính kh i đ ng t mô hình toán c a LSPMSM Tuy nhiên k t qu mô ph ng b ng phừ ằ n

m m ng d ng ph ng pháp PTHH cũng s đ c v n d ng nh m ki m ch ng v k t qu ằ i

- V mô hình toán, năm 1980 Honsigner lƠ ng i đ u tiên đ xu t mô hình toán c a LSPMSM đ c vi t theo h tr c t a đ d-q kh o sát quá trình khđ i đ ng c a đ ng c [63] và hi n t mô hình này v n i đ c s d ng ph bi n trong các nghiên c u v LSPMSM [13], [15] [21], 6], [66], 7], [5 [6 , [8 2] Trong mô hình, các thông s đ ng c t ng ng là các h s , t mô hình có th mô ph ng ừ các đ c tính dòng, mômen, t c đ , th i gian kh i

đ ng, ầ Tuy nhiên có th th y là mô hình trên ch a đ c p n bão hòa m ch t và hi n đ ừ

t ng hi u ng m t ngoài hay nói cách khác là đƣ b qua khi tính toán Do đƣ l c b hai

nh h ng quan tr ng trong quá trình kh i đ ng nên d n đ n k t qu mô ph ng thu đ c

có th s không chính xác Nhằm kh c ph c h n ch này, lu n án đ xu t nghiên c u xây

d ng và mô ph ng mô hình toán c a LSPMSM có xét nh h ng c a bão hòa m ch t và ừ

hi u ng m t ngoài trên c s hi u ch nh mô hình toán đƣ có c a Honsinger C th :

+ Đ i v i nh h ng c a bão hòa m ch t : Kừ hi xét đ n nh h ng bão hòa m ch t ừ

đi n c m t ừ hóa đ ng b d c tr c và ngang tr c (Lmd, Lmq) ph i đ c xét lƠ các đ i l ng phi tuy n T ng t , do nh h ng c a bão hòa m ch từ, đi n c m t n stato, rôto Lls, L’lr

cũng b nh h ng và ph i đ c xét lƠ đ i l ng phi tuy n

i v ng c a hi ng hi ng m t ngoài: LSPMSM có c u t o rôto

l ng sóc, trong quá trình kh i đ ng do nh h ng c a hi n t ng hi u ng m t ngoài nên

đi n tr , đi n c m t n rôto (r’2, L’lr) ph i đ c xét lƠ các đ i l ng phi tuy n

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

S đ máy đi n t ng quát đ c th hi n hình 2.1, trong đó wr w®b Rôto có dây

qu n kích t và dây qu n c n B ừ qua dòng đi n Phuco, phía rôto có hai dây qu n và stato

có m t dây qu n

wd, wq - dây qu n ph n ng tr c d, q; ud, uq - đi n áp trên dây qu n wcd, wcq;

wcd, wcq - dây qu n c n tr c d, q; wfd, wfq - dây qu n kích t ; uừ f - đi n áp kích t ừ

Dây qu n kích t cừ a máy đi n đ ng b ch đ t trên m t tr c - tr c d c Đ gi m s thành ph n s c đi n đ ng quay trong các ph ng trình, ta s d ng s đ t ng quát có dây

qu n ph n ng đ t trên ph n quay (hình 2.2) Quá trình bi n đ i năng l ng đi n - c gi a các dây qu n không l thu c vào các dây qu n đ ng yên hay chuy n đ ng mà ch ph thu c vào các dây qu n đó chuy n đ ng t ng đ i v i nhau nh th nào

wr

H ph ng trình t ng quát c a máy đi n đ ng b th ng đ c vi t theo h t a đ d, q

N u ph n c m đ t rôto, gi a rôto, t ừ tr ng quay đ ng b , c m ng dây qu n stato dòng đi n xoay chi u hình sin Nh đƣ phơn tích, quá trình bi n đ i đi n c trong máy đi n

s không đ i n u cho rôto và t ừ tr ng quay đ ng yên, đ máy đi n không quay t ng

đ ng v i máy đi n quay, thêm thành ph n s c đi n đ ng quay vào dây qu n ph n ng,

t n s dòng đi n dây qu n ph n ng s b ng không H ằ th ng t a đ d, q c a máy đi n

cq cq

d

dtd

dtd

dtd

dtd

0 dt r i

w w

L i M i

L i M i M i

L i M i M i

L = M + Lt Gi thi t r ng, t thông h c m d c tr c và ngang trằ ừ c đ u móc vòng v i t t c các dây qu n, trong khi t thông t n ch móc vòng m t dây qu n ừ

Mômen đ c xác đ nh b ng công th c (theo dònằ g đi n):

M®t M(i i f q i i q cd i i ) d cq (2-3)

Trong đó: M = Md = Mq khi máy đi n là c c n

Ho c mômen đ c xác đ nh b ng công th c (theo t thông móc vòng): ằ ừ

Dây qu n c n ch làm vi c khi rôto dao đ ng ho c ch y không đúng t c đ đ ng b ,

có th b qua dây qu n c n, khi đó:

K t h p các thành ph n v i ph ng trình cơn bằng mômen, có h ph ng trình t ng quát (cân bằng đi n áp, cân b ng mômen) cằ a máy đi n đ ng b chung cho ch xác lđ p

Năm 1980 Honsinger 8] [7 đ xu t mô hình toán c a LSPMSM đ c vi t theo h t a

đ d, q v i các tham s đ u vƠo lƠ đi n áp, đi n c m, đi n tr stato và rôto, t thông do ừNCVC sinh ra Tuy nhiên, do công ngh th i đi m đó không cho phép gi i g n đúng các bài toán vi phân nên trong nghiên c u Honsinger không tr c ti p gi i bài toán vi phân mà thông qua đó đ a ra ph ng trình gi i tích tính toán mômen theo đ tr t s

T ừ mô hình toán máy đi n đ ng b t ng quát, Honsinger đ xu t mô hình toán cho LSPMSM Trong mô hình toán LSPMSM, Honsinger b sung s có m t a c l ng sóc thông qua các ph ng trình từ thông vƠ đi n áp rôto liên quan Honsinger cho r ng các ằ

đ ng c đ ng b thông th ng thì vai trò kích t trong quá trình khừ i đ ng không có

nh ng đ i v i LSPMSM thì s có m t c a NCVC trong quá trình kh i đ ng là vô cùng quan tr ng, vì v y c n b sung thêm đ i l ng t thông do NCVC sinh ra trong mô hình ừtính toán c a LSPMSM

Mô hình LSPMSM Honsinger đ xu t:

w w

2q 2q 2q

d

dtd

dtd

dtd

dtm

Hi n nay, mô hình toán LSPMSM do Honsinger đ xu t v n ti p t c s d ng trong nhi u nghiên c u đ kh o sát LSPMSM [13], [19], [20], [21], 6], 7], 4], 7], V [5 [5 [6 [6 ầ

c b n, mô hình toán LSPMSM v n đ c k thừa hoƠn toƠn, nh ng các tác gi th hi n các đ i l ng đi n c m, dòng đi n, đi n áp, t thông móc vòng do NCVC sinh ra d ng ừchi ti t và d hi u h n

Mô hình toán LSPMSM hi n nay đang đ c ng d ng nh sau [30], 6]: [5

dtd

dt

w w

d

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

Lls - đi n c m t n dây qu n stato;

Lmd - đi n c m ừ hóa đt ng b d c tr c;

Lmq - đi n c m t hóa ng b ngang tr c; ừ đ

i'dr - thành ph n dòng rôto quy đ i d c tr c;

i'qr - thành ph n dòng rôto quy đ i ngang tr c

Hình 2.3 và 2.4 là s đ m ch đi n thay th d c tr c và ngang tr c c a LSPMSM th a mƣn các ph ng trình đi n áp và t thông trong mô hình toán (2-12) ÷ -15)ừ (2 , trong đó đ

mô hình hóa ti n hành thay th 'm = Lrc.i'm, v i Lrc lƠ đi n c m gi t ng NCVC, i’m là

dòng t ừ hóa t ng đ ng quy đ i sang stato c a NCVC [30], 9], 6]: [4 [5

2.3 LSPMSM

2.3

Trong m c 2.2, mô hình toán c a LSPMSM đ c mô t b ng các h ằ ph ng trình vi phân c a đi n áp, t thông -12) ÷ -ừ (2 (2 15) Đ mô ph ng các đ c tính LSPMSM t mô ừhình toán, lu n án ng d ng ph n m m MATLAB/Simulink

2.3.1.1 MATLAB và bài toán vi phân

Trong vài th p k gỷ n đơy, v i s phát tri n m nh m c a công ngh máy tính, đ c

bi t máy tính cá nhân (PC) v i kh là năng tính toán m nh m đƣ mang l i m t công c tính toán vô cùng h u hi u cho các nhà kỹ thu t trong vi c gi i các bƠi toán liên quan đ n

ph ng trình vi phơn Tr c đơy các ph ng trình vi phơn g n nh không gi i đ c d i

d ng nghi m t ng minh, ho c n u gi i g n đúng cũng r t khó khăn do kh i l ng tính toán quá l n và ph c t p Ngày nay, máy tính hi n đ i đƣ giúp con ng i gi i quy t các tính toán s h c, th i gian tính toán ng n, vì v y các bƠi toán liên quan đ n ph ng trình vi phân đƣ đ c gi gi n đúng i đv chính xác cao

Bên c nh s phát tri n c a máy tính, các ph n m m ng d ng các ph ng pháp gi i

g n đúng h tr vi c l p trình tính toán đ mô ph ng đ i t ng nghiên c u cũng r t đa

d ng và ti n d ng Trong lu n án s d ng ph n m m MATLAB đ gi i bài toán vi phân t ừ

mô hình toán LSPMSM nh m mô phằ ng đ c tính kh i đ ng v i m t s lỦ do nh sau ]: [6

- MATLAB là ph n m m đƣ đ c phát tri n trong th i gian dài, ph bi n, các tài li u

h ng d n đi kèm s n có vƠ đa d ng

- MATLAB là m t b ch ng trình ph n m m l n trong lĩnh v c toán s Tên c a

ch ng trình chính lƠ s vi t t t c a MATrix LABoratory, th hi n đ nh h ng chính c a

ch ng trình lƠ các phép tính vector vƠ ma tr n Ph n c t lõi c a ch ng trình bao g m

m t s hàm s toán, các ch c năng nh p/xu t cũng nh các kh năng đi u khi n chu trình

mà nh đó ta có th d ng nên các Scripts

- Đ i v i các m c đích s d ng khác nhau, ng i s d ng có th tùy ch n b sung các

b công c (Toolbox) v i ph m vi ch c năng c n dùng M t s Toolbox có th th y trong lĩnh v c đi n, t đ ng hóa nh : Control System, Signal Processing, Optimization, Power System, Simulinkầ

2.3.1.2 Mô phỏng LSPMSM bằng MATLAB/Simulink

Simulink là ph n ch ng trình m r ng c a MATLAB nh m mằ c đích mô hình hóa,

mô ph ng và kh o sát các h th ng đ ng h c ], 3] Giao di[6 [4 n đ h a trên màn hình c a Simulink cho phép th hi n h th ng d i d ng s đ tín hi u v i các kh i ch c năng quen thu c Simulink cung c p cho ng i s d ng m t th vi n r t phong phú, s n có v i s

l ng l n các hàm ch c năng cho các h tuy n tính, phi tuy n vƠ gián đo n Bên c nh đó,

ng i s d ng cũng có th t o nên các kh i hàm riêng c a mình M t s hàm gi i g n đúng

ph ng trình vi phơn đ c s d ng trong MATLAB/Simulink có th đ c t ng k t nh

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

Ode45 Trung bình H u h t các bài toán

Ode23 Th p Cho các bƠi toán đ sai s cao

Ode113 T ừth p đ n cao Cho các bƠi toán đòi h i đ sai s cao

Ode15s T ừth p đ n trung bình Trong tr ng h p ode45 tính toán ch m

Ode23s Th p Trong trsai s cao ng h p h c ng cho phép m c đ

Ode23t Th p Cho các bài toán sai s trung bình

Ode23tb Th p Cho các bài sai s th p

ng d ng ph n m m MATLAB/Simu mô ph c tính kh ng t mô hình toán c a LSPMSM đ c mô t b ng các h ằ ph ng trình vi phơn (2-12) ÷ (2-15), k t qu thu đ c s các là đ c tính LSPMSM tr ng thái quá đ và xác l p c a LSPMSM Trong

ph n này, các thông s LSPMSM đ c xét trong khi mô ph ng là các h ng s Các y u t ằchính nh h ng đ n đ c tính kh i đ ng và m t s bi n pháp nâng cao ch t l ng kh i

đ ng s đ c đ c p và tính toán chi ti t Ch ng sau

M t s s đ kh i MATLAB/Simulink đ c s d ng đ mô ph ng LSPMSM t mô ừhình toán đ c th 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 ban đ u c a pha A

- Đ u ra: Các đi n áp d c tr c và ngang tr dsc , uuqs