Nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa động cơ đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu

Công trình này được hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS.. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 2.. Thư viện Quốc gia Việt Nam... Bố cục củ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN VŨ THANH

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ

BA PHA NAM CHÂM VĨNH CỬU

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 62520202

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

HÀ NỘI - 2015

Công trình này được hoàn thành tại:

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: 1.PGS.TS Bùi Đình Tiếu

Vào hồi … giờ, ngày … tháng… năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

2 Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

2 Mục đích nghiên cứu



3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu:

7 5

ỏ ờ ỏ ú ờ q

q

Phạm vi nghiên cứu: ỏ

q ỏ

IE4 

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Ý nghĩa khoa học:

– ờ ỏ

pháp này

q

φ

ắ

ú

Ý nghĩa thực tiễn:

ọ ễ

5 Bố cục của luận án q

5 3 :

: q

2: – ờ 3:

4: u 7,5kW 5: q

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 So sánh giữa động c kh ng đ ng ộ IM và động c đ ng ộ a pha nam ch m vĩnh c u kh i động trực tiếp v i lư i điện LSPMSM ỏ

I

[10][15-17][19][32][79]

: [93], Rong-Jie Wang [72], Yaxin Bao X Feng [97][95][96], Marcic [80]

1.2 M hình hóa động c LSPMSM

ắ 98

: P W Huang [64], Yun Hyun Cho [45], Rabbi [66], J M Lee [46], Akeshi Takahashi [12]

ỏ ú

q q ờ q

q ọ ờ

q

q ỏ

– ờ ỏ

: Kazumi Kurihara [51], Nedelcu [61] İ ı [36], Tongshan Diao [89], Takahashi [82]

1.3 Cấu tr c rotor động c LSPMSM ú

3) Rong-Jie Wang [72], Tianhu Ruan [83], İlhan Tarımer [36], Shehata [76], Tingting Ding [86], Takahashi [81], Saikusa [73], Jeong-Jong Lee [44], Jedryczka 42

ú 1.4 Thuật toán thiết kế động c LSPMSM Tine MARČIČ [84]

E Solmaz Kahourzade [78] ọ

I ắ q A.J Sorgdrager [11]

F Libert [31]

ắ ắ E

Enc d; Xq (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (m) (n) (p) nh 3 Nhữ (nguồn: [36][44][72][73][76][81][83][86]) 1.5 Các nghiên cứu h trợ thiết kế İ ı [36]

ỏ

M Hadef [58]

d q ú ắ

Hassanpour Isfahani [18]

q d

ú ắ ; Dong, J.[40] ắ

d q

Thomas A Lipo [71]

ắ

q ờ

ờ -

[24][60][70]

q

STOIA [24] g

ỏ q ờ -

q

[22]

g

ú q

ờ -

g m Mihai Comanescu [60] g

Hassanpour Isfahani [13]

ờ –

[50]

[67][75]

Aliabad [14] ỏ ú ú ú

q [30]

 Pyrhonen [25]

LSPMSM Yan Hu [98]

Ionel [39]

ắ Bingyi [99]

Zhang Aijun [56]

Claudia A da Silva [23] Enc 1

– ờ Tine MARČIČ [85]

kim nhôm 1.6 Tối ưu động c q

ú ọ [34]

I

q

 E [8]

ắ

q

-Tae Song [43]

Kwang Hee Kim [52]

q listratova [ ] to i u o n M M a u hı nh nam ha m vuo n a n hı m v i ie n ra n uo mu tie u to i a hie u sua t va to i thie u mo men a n h n pha p to i u s u n la xhaustive numeration

e t qua to i u so sa nh v i o n IM

1.7 C ng cụ m ph ng

q

– ờ : Finite Element Method Magnetics (FEMM), Cobham Opera-2D, ANSYS Electromagnetics Solutions (Ansoft Maxwell 2D), Infolytica MagNet ỏ

– ờ ờ E

Dr Mani Mina [27] tr n Iowa tate 2 ọ

2 ỏ q

ỏ ọ 2

1.8 Kết luận ú

ú ắ 3 :

 ú

 ú

 g ú ỏ ỏ 

ú ắ 3 (d))

g q ọ q

g q ẽ

m

g và Bm

q

m

m q

thông Bm

nhau D Stoia [79]   1

q

  

q q q

[11][31][78][84]

ẽ

2

4 998

2 3 9

I



Ij

2.3.2 Phư ng trình mạch điện – t trư ng quấn stator 47]

q q

ờ 1 : (2.61) : U1 ; s ; I ;

Ln ; d ; Z)

2.3.3 Phư ng trình mạch điện – t trư ng thanh n l ng sóc 47]

[ ][ ] ([ ] [ ]

) [ ] (2.67) : tj ; lsj ; tj

; tj ( ; Itj

; Ivj ắ ; vj ắ ; vj ắ

2.4 Phư ng trình chu n động 2 66

: ( )

(N.m) (2.68) : ; T ; ms ;

;

2.5 X l kết qu sau m ph ng T

ẽ q

Maxwell 2D: , m

q , t q ắ

q 

q – ờ

 q

2.6 M ph ng động c LSPMSM 5kW E 74 7 5

: M = 47,8 (Nm); n = 1500 (vph); I = 5,63 (A);  93

IE4); cos = 0,93; ki = 7,82; km 4 22 32

2.6.5 Điều kiện iên và chia lư i 2.6.5.1 Điều kiện iên ờ ú

ờ -periodic [47][69] 2.6.5.2 Thực hiện chia lư i 2.7 Kết qu m ph ng động c LSPMSM 5kW 2.7.1 Mật độ t th ng và sức điện động c m ứng q

4

ọ

ờ

ch ú

nh 2 5 ư ồ hự hiệ hia lưới h

LSPMSM

ú

Sai

838

ỏ

2 6

Bg 577 ỏ 2.18)

nh 2 nh 2 2 h i

kW h

2.7.3 Hiệu n ng quá trình ác lập

q 7499 3  926  923 I ỏ

2 23 IE4 EI 7 5 -

22 E 94 93 93

7 5 – E 74 ẽ

4

nh 2 2 lệ h ha iữa a nh 2 25 iệ hệ

h l cos a

2.8 Kết luận – ờ

2.37; 2.61; 2.65; 2.66; 2.67; 2.68

ọ

q ỏ

7 5 – ờ

: q

q ờ q q ọ

q ờ

2 q

3 7

 92 6

(cos 923 q

IE4 7 5 - 22 E 94] CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN T ĐỘNG CƠ LSPMSM 3.1 Tính toán mật độ t th ng đi m làm việc nam ch m vĩnh c u 3.1.1 Ph n tích mật độ t th ng nam ch m tại đi m làm việc q

q (3.10) : (

) ;

;

: ( ); i ( ); Lm

; m ; lm ; e

q ; r

3.1.2 Xác đ nh mật độ t th ng r ng và g ng của stator và rotor g :

(3.14) 3.1.2.1 Mật độ t th ng r ng của stator và rotor  ờ : Bts = ksmBm

(3.17)  ờ : Btr = krmBm

(3.20) 3.1.2.2 Mật độ t th ng g ng stator và rotor  ờ :

(3.23)

 ờ :

(3.26) châm v

3.1.2.3 Tính toán mật độ t th ng nam ch m vĩnh c u tại đi m làm việc

3.2 Kh o sát nh hư ng của kích thư c nam ch m đến mật độ t th ng

kh h kh ng khí

m m

q 3 3

m ỏ

q q 3 4

nh 2 h h h i l iệ a a h

3,8 mm 0,1423 T

3 4 m 2 7 8 7

g ỏ

m 3 4 q q 3 4 nh h g hi ha i nh h g hi ha i

a h L m a h m 3.3 Xác đ nh điều kiện thiết kế đ động c LSPMSM có hệ số cos 1 3.3.1 Điều kiện đ động c có hệ số cos 1 Id: ( )

(3.35) Iq: ( )

(3.36) q  ỏ

:

{ ( )

√

(3.47) 3.3.2 Kết qu kh o sát : P = 550 W, n

5 1 22 5 1 24 2

6 2 4 ú ắ 2

   > 90% q

2 q

:

ng h a

Enc) 195,6 V ) 39,9

750

C (R1) 12,68 

ad) 56,14 

aq) 180,9 

1) 5,74 

d) 61,88 

q) 186,6 

3.3.2.1 Ki m tra điều kiện cos  1

 : ⏟ ( ) ⏟

(3.48) N ỏ

 :

⏟ √

⏟ 

(3.51) ỏ

3.3.2.2 Tính giá tr cos T : 

 = -38,9590 :  = +  = 39,90 – 38,9590 = 0,940 cos = 0,99986 

q



3.4 Thuật toán thiết kế chi tiết động c LSPMSM 3.4.1 Thuật toán thiết kế điện t động c LSPMSM 4 : 3 2 ;

3 2 ; 3 22 ;

3.24, 3.25) nh ồ h i h hi h 3 2 ; 3 2 ; 3 22; 3 24

3 25 E I

q

A: , W1, Enc g

B: I1 

C: 1 I1

: 1

nh 2 h hi a

nh 2 h hi

nh 22 h hi a h

nh 2 h i a

nh 25 h i a i nh 2 h hướ i f

h h

E:

: I1 

1

H: I

I:

J:

3.5 Kết qu kh o sát thực nghiệm ú ắ - ờ

2 3

q

ỏ = 250

ọ

ỏ

– ờ

:

- ờ

25 -

ỏ

- q

-

ờ

- 45

ắ ẽ ắ

3.5.1 Kết cấu động c thực nghiệm (Tham kh o ph l q )

3.5.2 Kết qu thực nghiệm 3.5.2.2 Sức điện động q ọ E

q q 5

I-

Enc) 46

2 2

(DAI) 46,2 (V) 63,9 (V) (FEM) 45,7 (V) 63,1 (V)

9

2 26



ha oscillo: iệ i ha h i ia i

nh 2 ill nh 2 h

a h h li h iệ – ư

q 3 27

9 7

75 ú 2

3 35 q ỏ 3 28

9 7

nhô cao 7

3

ờ ờ

ờ



2

ờ ờ

2

ha oscillo: iệ i ha h i ia i

nh 2 ill nh h a

h h li h iệ – ư

3.5.2.3 Điện áp và ng điện

I1) 46

2 2

I 2,73 (A) 1,43 (A) E 2,8 (A) 1,52 (A)

2 5 2 5 9

2



ha oscillo: iệ i iệ i h i ia i

nh 3.31 iệ iệ ha nh 2 iệ

ill iệ ha a h h li h iệ – ư



ỏ 3

2

ờ

ờ

2

ờ ờ

Tha ill iệ i iệ i h i ia i

nh iệ iệ ha nh iệ

ill iệ ha a h h

li h iệ – ư

3.6 Kết luận q ọ

ờ ỏ EM q

E ờ

ỏ EM

 

ỏ 3 47 K q

7 5 ờ E q

CHƯƠNG 4: TỐI ƯU ĐỘNG CƠ LSPMSM 5kW 4.4 Tối ưu động c LSPMSM 5 kW tiêu:

, t , t

nam châm q

q 7 26 4.4.1 Nhiệm vụ tối ưu động c LSPMSM 3

q

4 7 5 WQUATTRO WEG [74]

q

sau: Wf là c ắ , Lm là

nam châm, Wm là L q ọ ú

q q

g

ng h hiệ 

WQUATTRO 0,9262 0,93  0,923 0,93 4.4.2 Kh i tạo kh ng gian tìm kiếm ng 2 h ia i a i i ư

W f (mm) 1 2 L m (mm) 2,5 7,5 W m (mm) 40 77 4.4.3 Các ràng uộc ng trong chư ng trình ỏ ỏ

E 74 - m 4,22 - i 7,82

trong q )

4.5 X ựng mục tiêu và hàm chi phí t ng 4.5.1 Mục tiêu về hiệu suất

: G1 = 1 + 9(1 - ) :  = min

 = max

4.5.2 Mục tiêu về hệ số c ng suất cos 

2 : G2 = 1 + 9(1 - cos) : cos = cosmin 2

cos = cosmax 2

4.5.3 Mục tiêu về th tích nam ch m ờ 2

3 :

( )

: Snc = Smin 3= 1 Snc = Smax 577 5 3= 10 4.5.4 Hàm chi phí t ng ọ

: V : 1 = (G1 – 1) là

, 2 = (G2 – 1) là sai l ,

2 = (G2 – 1) là W1, W2, W3 ọ

4.6 Kết qu chư ng trình tối ưu

Sau q

ng i i ư h

Wf Lm Wm Cost 318 1.234mm 2.746mm 65.48mm 0.83757 319 1.28mm 2.631mm 66.33mm 0.8366 320 1.186mm 2.648mm 65.51mm 0.83609 321 1.923mm 2.65mm 74.21mm 0.82746 322 1.538mm 3.004mm 66.99mm 0.82598 323 1.56mm 2.925mm 64.39mm 0.82571 324 1.299mm 2.696mm 71.86mm 0.82062 325 1.657mm 2.62mm 73.84mm 0.81275 326 1.801mm 2.876mm 66.47mm 0.80984 327 1.582mm 2.775mm 66.56mm 0.80806 328 1.354mm 2.666mm 68.21mm 0.79472 329 1.965mm 2.696mm 72.1mm 0.79082 330 1.986mm 2.524mm 73.22mm 0.77591 7759

4.7 Ki m tra lại kết qu tối ưu : f = 1 (mm); Lm = 5 (mm); Wm = 71 (mm) : f = 1,986 (mm); Lm = 2,524 (mm); Wm = 73,22 (mm)

9 6

( ) ( )

4.7.1 Mật độ t th ng và sức điện động c m ứng nh h h h h nh 5 h h h i i t h h ướ a hi i ư h h h h h a hi i ư nh h iệ ướ a hi i ư 53 4 ỏ

577 ờ

g

2 524