Luận án 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.

Tên luận án:

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

Ngành:

Thông tin này không được cung cấp trong văn bản.

Tóm tắt nội dung tài liệu:

Việt Nam đang đối mặt với thách thức trong cung cấp điện, thúc đẩy nhu cầu về các giải pháp tiết kiệm năng lượng. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp (LSPMSM) được coi là một giải pháp thay thế tiềm năng cho động cơ không đồng bộ (KĐB) nhờ các ưu điểm vượt trội như hiệu suất biến đổi điện-cơ lớn, cấu trúc nhỏ gọn, tuổi thọ cao, dễ bảo dưỡng và khả năng khởi động trực tiếp từ lưới. Tuy nhiên, quá trình khởi động của LSPMSM phức tạp và gặp khó khăn, chủ yếu do mômen từ trở sinh ra bởi nam châm vĩnh cửu không thể "ngắt" trong quá trình mở máy.

Luận án này tập trung nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM, đặc biệt xem xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài đến quá trình này. Mục tiêu là xây dựng mô hình toán, từ đó đánh giá các yếu tố và thông số chính ảnh hưởng đến khởi động. Đối tượng nghiên cứu là động cơ LSPMSM, với phạm vi nghiên cứu bao gồm quá trình khởi động có xét đến bão hòa mạch từ, hiệu ứng mặt ngoài và thực nghiệm trên động cơ công suất 2,2 kW.

Các phương pháp nghiên cứu được áp dụng bao gồm nghiên cứu lý thuyết, mô hình hóa và mô phỏng (sử dụng MATLAB/Simulink và phần mềm phần tử hữu hạn ANSYS/Maxwell 2D), cùng với phương pháp thực nghiệm. Luận án đã đóng góp bằng cách đề xuất mô hình toán và phương pháp mô hình tham số tập trung để tính toán điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục và ngang trục (Lmd, Lmq) có xét đến bão hòa mạch từ. Đồng thời, nghiên cứu ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài và thiết kế, chế tạo động cơ LSPMSM mẫu 3 pha, 2,2 kW (1.500 vg/phút) để thực nghiệm đặc tính khởi động, hiệu suất và hệ số công suất.

Kết quả cho thấy, bão hòa mạch từ làm giảm đáng kể chất lượng khởi động do ảnh hưởng đến Lmd, Lmq và mômen từ trở. Hiệu ứng mặt ngoài cũng tác động đáng kể. Mô hình toán và mô phỏng đề xuất, được kiểm chứng bằng phương pháp phần tử hữu hạn và thực nghiệm, đã chứng minh tính chính xác. Từ đó, luận án khẳng định việc lựa chọn kích thước răng, rãnh rôto và khối nam châm vĩnh cửu hợp lý là cần thiết để tối ưu đặc tính khởi động và đảm bảo hiệu suất vận hành cao, đáp ứng tiêu chuẩn IE4. LSPMSM đã thể hiện ưu điểm vượt trội về hiệu suất và hệ số công suất so với động cơ không đồng bộ cùng công suất. Luận án cũng đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo để nâng cao hiệu suất và cải thiện đặc tính khởi động của LSPMSM.

Mục lục chi tiết:

• Phần mở đầu
• Chương 1: Tổng quan
  • 1.1 Lịch sử phát triển của LSPMSM
  • 1.2. Ưu điểm của LSPMSM
  • 1.3 Nhược điểm của LSPMSM
  • 1.4 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về LSPMSM
    • 1.4.1 Các nghiên cứu trong nước
    • 1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới
  • 1.5 Kết luận
• Chương 2: Mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của LSPMSM
  • 2.1 Mô hình máy điện đồng bộ tổng quát
  • 2.2 Mô hình LSPMSM
  • 2.3 Mô phỏng LSPMSM
    • 2.3.1 Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán
      • 2.3.1.1 MATLAB và bài toán vi phân
      • 2.3.1.2 Mô phỏng LSPMSM bằng MATLAB/Simulink
    • 2.3.2 Mô phỏng LSPMSM từ các phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn
  • 2.4 Kết luận
• Chương 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM
  • 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM
    • 3.1.1 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục và ngang trục Lmd, Lmq
      • 1) Mô hình mạch từ tương đương LPM đề xuất tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục cho LSPMSM
      • 2) So sánh phương pháp LPM đề xuất với phương pháp phần tử hữu hạn FEM
      • 3) Kết quả tính toán Lmg bằng phương pháp LPM đề xuất
      • 4) Kết quả mô phỏng với phương pháp PTHH (FEA-MAXWELL2D)
      • 5) Tổng hợp kết quả mô phỏng từ phương pháp LPM đề xuất và phương pháp PTHH
      • 6) Đánh giá kết quả
      • 3.1.1.2 Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd
        • 1) Mô hình mạch từ tương đương LPM đề xuất tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd cho LSPMSM
        • 2) Kết quả mô phỏng với phương pháp PTHH (FEA-MAXWELL2D)
        • 3) Tổng hợp kết quả mô phỏng từ phương pháp LPM đề xuất và phương pháp PTHH
        • 4) Đánh giá kết quả
      • 3.1.1.3 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến Lmd, Lmq và đặc tính khởi động LSPMSM
    • 3.1.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài
      • 3.1.2.1 Hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài
      • 3.1.2.2 Các thông số LSPMSM bị ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài
      • 3.1.2.3 Ảnh hưởng hiệu ứng mặt ngoài đến đặc tính khởi động LSPMSM
      • 3.1.2.4 Kết luận
    • 3.1.3 Ảnh hưởng của bão hòa mạch từ đến điện kháng tản stato, rôto x1, X'2
      • 3.1.3.1 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến điện kháng tản stato X1
      • 3.1.3.2 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài đến điện kháng tản rôto x’2
      • 3.1.3.3 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài đến điện kháng tản stato, điện kháng tản, điện trở rôto và đặc tính khởi động LSPMSM
    • 3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ
      • 3.1.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến điện trở stato và rôto
      • 3.1.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến đặc tính khởi động LSPMSM
    • 3.1.5 Ảnh hưởng của một số loại tải
      • 3.1.5.1 Các loại tải máy sản xuất hiện nay
      • 3.1.5.2 Ảnh hưởng của LSPMSM với tải quạt gió
    • 3.1.6 Ảnh hưởng của mômen quán tính J
  • 3.2 Tổng hợp các yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM
    • 3.2.1 Mô hình toán của LSPMSM xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài
    • 3.2.2 Sơ đồ MATLAB/Simulink với mạch từ hiệu chỉnh đề xuất
    • 3.2.3 Kết quả mô phỏng
    • 3.2.4 So sánh kết quả mô phỏng với phương pháp tổng hợp đề xuất và phương pháp phần tử hữu hạn
  • 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước nam châm vĩnh cửu đến đặc tính khởi động của LSPMSM
    • 3.3.1 LSPMSM với độ dày NCVC khác nhau
      • 3.3.1.1 Cấu hình rôto của LSPMSM với độ dầy NCVC khác nhau
      • 3.3.1.2 Thông số LSPMSM với độ dầy NCVC khác nhau
      • 3.3.1.3 Đặc tính khởi động LSPMSM với độ dầy NCVC khác nhau
      • 3.3.1.4 Hiệu suất và hệ số công suất của LSPMSM ở chế độ vận hành xác lập với độ dầy NCVC khác nhau
    • 3.3.2 LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau
      • 3.3.2.1 Cấu hình rôto của LSPMSM với bề rộng khác nhau
      • 3.3.2.2 Thông số LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau
      • 3.3.2.3 Đặc tính khởi động LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau
      • 3.3.2.4 Hiệu suất và hệ số công suất của LSPMSM ở chế độ vận hành xác lập với độ dầy NCVC khác nhau
    • 3.3.3 Lựa chọn kích thước NCVC cho LSPMSM 2,2 kW
  • 3.4 Kết luận chương
• Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả
  • 4.1 Giới thiệu chung
  • 4.2 Ứng dụng LabVIEW và Card NI USB-6009 đo đặc tính dòng điện và tốc độ khởi động LSPMSM
    • 4.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW
    • 4.2.2 Card đo lường NI USB-6009
  • 4.3 Mô hình thí nghiệm LSPMSM
    • 4.3.1 Đo dòng điện
    • 4.3.2 Đo tốc độ LSPMSM
  • 4.4 LSPMSM 2,2 kW thực nghiệm
    • 4.4.1 Cấu hình rôto LSPMSM
    • 4.4.2. Gia công NCVC
    • 4.4.3 Hoàn thiện rôto
    • 4.4.4 Lắp ráp LSPMSM
    • 4.4.5 Bàn thử nghiệm động cơ LSPMSM
  • 4.5 Kết quả mô phỏng và đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện khởi động LSPMSM không tải
    • 4.5.1 Đặc tính dòng điện khởi động
      • 1) Kết quả mô phỏng từ mô hình toán với MATLAB
      • 2) Kết quả thực nghiệm
      • 3) Tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm
    • 4.5.2 Đặc tính tốc độ khởi động
      • 1) Mô phỏng mô hình bằng MATLAB
      • 2) Kết quả thực nghiệm
      • 3) Tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm
  • 4.6 Kết luận chương 4
• Kết luận và kiến nghị