Tên luận án:
NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ SERVO KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA ROTOR LỒNG SÓC
Ngành:
Kỹ thuật điện
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án này tập trung nghiên cứu và thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc, một chủ đề cấp thiết trong bối cảnh Cách mạng công nghiệp 4.0 đòi hỏi các hệ thống điều khiển chính xác và hiệu suất cao. Xuất phát từ nhu cầu sử dụng động cơ servo ngày càng tăng trong các nhà máy sản xuất thông minh, đề tài đề xuất một phương pháp thiết kế tối ưu nhằm đáp ứng các yêu cầu khắt khe về mômen cao, kích thước nhỏ, thời gian đáp ứng nhanh và hoạt động trong dải mômen - tốc độ rộng.
Phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết với việc xây dựng mô hình, mô phỏng và thực nghiệm. Cụ thể, luận án phát triển thuật toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu, bao gồm tối đa hóa mômen cực đại và tối thiểu hóa khối lượng điện từ của động cơ, sử dụng thuật toán quy hoạch đa thức bậc 2 (SQP) kết hợp ràng buộc ε-constraint trong Matlab để tạo ra đặc tính phân bổ Pareto. Một thiết kế tối ưu cụ thể đã được lựa chọn từ phân bổ Pareto, với khối lượng điện từ 9,52 kg và mômen cực đại 15 N.m.
Các kết quả mô phỏng phần tử hữu hạn (FEA) và mô phỏng nhiệt động cơ đã kiểm nghiệm tính đúng đắn của mô hình thiết kế tối ưu, với sai số giữa hai mô hình thấp hơn 10%. Đặc biệt, việc thiết kế cấu trúc nắp hở với làm mát tự nhiên đã giúp giảm nhiệt độ bão hòa dây quấn stator tới 39%, đảm bảo động cơ hoạt động trong giới hạn cho phép của cấp cách điện F (<155°C). Cuối cùng, một động cơ mẫu thử đã được chế tạo và thử nghiệm tại Công ty Cổ phần Chế tạo Điện cơ Hà Nội (HEM). Kết quả thử nghiệm về mômen, dòng điện và nhiệt độ cho thấy sai số nhỏ hơn 5% so với mô hình thiết kế tối ưu, khẳng định tính phù hợp và hiệu quả của phương pháp thiết kế đề xuất.
Mục lục chi tiết:
- MỞ ĐẦU
- 1. Lý do chọn đề tài
- 2. Mục đích của đề tài
- 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu
- 4. Phương pháp nghiên cứu
- 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học
- Ý nghĩa thực tiễn
- 6. Dự kiến các kết quả đạt được
- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
- 1.1 Tổng quan về động cơ servo
- 1.1.1 Phân loại động cơ servo
- 1.1.2 Ứng dụng của động cơ servo
- 1.1.3 Các chế độ làm việc của động cơ
- 1.1.4 Sự khác biệt giữa động cơ servo và động cơ thường
- 1.2 Các nghiên cứu về thiết kế tối ưu động cơ servo
- 1.3 Kết luận chương 1
- CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ TỐI ƯU ĐỘNG CƠ SERVO KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA
- 2.1 Thiết kế tối ưu đa mục tiêu động cơ servo
- 2.1.1 Lý thuyết tối ưu
- 2.1.2 Tối ưu đa mục tiêu
- 2.1.3 Ứng dụng tối ưu đa mục tiêu động cơ servo
- 2.1.3.1. Thông số kỹ thuật yêu cầu thiết kế
- 2.1.3.2. Xây dựng bài toán thiết kế tối ưu động cơ servo không đồng bộ 3 pha
- 2.1.3.3. Đặc tính động cơ tối ưu
- 2.2 Mô phỏng phần tử hữu hạn
- 2.2.1 Lý thuyết rãnh nghiêng rotor
- 2.2.2 Mô phỏng so sánh rãnh nghiêng rotor và rãnh thẳng
- 2.3 Kết luận chương 2
- CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG NHIỆT ĐỘNG CƠ SERVO
- 3.1 Phân tích nhiệt trong động cơ
- 3.1.1 Đặt vấn đề
- 3.1.2 Nguyên lý cơ bản về truyền nhiệt và dẫn nhiệt trong động cơ
- 3.2 Mô hình phát nhiệt của động cơ
- 3.2.1 Đặt vấn đề
- 3.2.2 Mô hình nhiệt của động cơ
- 3.3 Tính toán độ tăng nhiệt ở chế độ ổn định
- 3.4 Mô phỏng nhiệt động cơ
- 3.4.1 Kết quả mô phỏng nhiệt tại điểm làm việc liên tục
- 3.4.2 Kết quả mô phỏng nhiệt tại điểm ngắn hạn
- 3.5 Kết luận chương 3
- CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ
- 4.1 Đặt vấn đề
- 4.2 Xây dựng mô hình 3D động cơ mẫu thử
- 4.3 Chế tạo động cơ mẫu thử
- 4.4 Thử nghiệm động cơ
- 4.5 Kết quả thử nghiệm và so sánh với mô phỏng
- 4.5.1 Kết quả đo mômen, dòng điện tại một số điểm hoạt động
- 4.5.2 Kết quả đo nhiệt động cơ
- 4.6 Kết luận chương 4
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
- Kết luận
- Những đóng góp mới của luận án
- Hướng phát triển của đề tài
- DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN