Tài liệu Nghiên cứu thiết kế tối ưu hóa động cơ đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu [tt]

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 2.TS. Phạm Hùng Phi Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Vào hồi ….. giờ, ngày … tháng…. năm ………. Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội 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: 75 ỏ ờ ỏ ú ờ q q . Phạm vi nghiên cứu: q ỏ 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: 1 ọ ễ 5. Bố cục của luận án. q 5 : 2: 3: 4: 5: 3 : q – ờ u 7,5kW q CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 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 1.1 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] 2 ắ Enc d; ắ E Xq. (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i) (j) (k) (n) (m) (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] ú d q Hassanpour Isfahani [18] ú q ắ d ; Dong, J.[40] d ắ ắ q Thomas A. Lipo [71] ắ q ờ ờ - [24][60][70] q STOIA [24] g 3 ỏq ờ - q [22] ú ờ g q - g m. Mihai Comanescu [60] g Hassanpour Isfahani [13] ờ – [50] [67][75] ỏ Aliabad [14] ú ú q ú [30] . Pyrhonen [25] LSPMSM. Yan Hu [98] Ionel [39] ắ Bingyi [99] Zhang Aijun [56] Claudia A. da Silva [23] – ờ Enc Tine MARČIČ [85] 1 kim nhôm. 1.6 Tối ưu động c q ú ọ I [34] q  E [8] ắ q -Tae Song [43] Kwang Hee Kim [52] q listratova [ ] toi u on M M au hınh nam ham vuon an hım v i ien ran uo mu tieu toi a hieu suat va toi thieu momen an h n phap toi u s un la xhaustive numeration et qua toi u so sanh v i on IM 4 C ng cụ m ph ng 1.7 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 Kết luận 1.8 ọ 2 ú ú ắ   : 3 ú ú  ú ỏ g ỏ  ú ắ g g q 3 (d)). ọ q q ẽ m g và Bm q m q m thông Bm   1. nhau. D. Stoia [79] q    q q q [11][31][78][84] ẽ 2 4 2 I 3 998 9 5  ắ 8 : ắ ễ – 2 ờ 9 EI IE4 ẽ 75 CHƯƠNG 2: M IE4 H NH LIÊN KẾT GI A MẠCH ĐIỆN – T TRƯỜNG 2.1 M hình nam ch m vĩnh c u ờ 69 q :M( ờ ); H ( ờ ờ ); (2.1) ; ( 2.2 M hình trư ng điện t 2.2.1 Hệ tọa độ tĩnh [29][47] q ( ) : (2.19) ; ; ; 2.2.2 Hệ tọa độ động [29][47] q ( ( ) ) ( ) ( ; ( ) ) ( dd ) (2.37) 2.3 Phư ng trình mạch điện 2.3.1 X t trư ng hợp thanh n 47] q q : ∬ : ; j ( ) (2.44) ; j 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] q ( [ ] ) [ ][ ∬ ] ( ) (2.65) (2.66) 6 [ ][ : ] tj ([ ; ; Ivj ắ 2.4 Phư ng trình chu ] ; [ ] ] lsj tj ( ắ ; ; Itj ắ vj () : ; ; T ; l kết qu sau m ph ng 2 ; vj 66 (N.m) (2.68) ; ms ẽ Maxwell 2D: q (2.67) ; tj n động : 2.5 X T )[ q ,m q ,t ắ  q q  2.6 M ph ng động c LSPMSM 5kW E 74 : M = 47,8 (Nm); n = 1500 (vph); I IE4); cos = 0,93; ki = 7,82; km 4 22 2.6.5 Điều kiện iên và chia lư i 2.6.5.1 Điều kiện iên ờ ờ 2.6.5.2 Thực hiện chia lư i – q ờ . 75 = 5,63 (A);  32 93 ú -periodic [47][69]. ọ ờ Sai ch ú ú nh 2 5 ư ồ hự hiệ hia lưới h LSPMSM 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 7 838 ỏ 2 6 Bg 577 2.18) nh 2 h h ỏ h i 7,5kW h nh 2 h nh 2 iệ 2.7.2 Hiệu n ng quá trình quá độ q q 47 8 ỏq 2 9 q ỏ q 5 h m h h ờ 8 5 i i h 2 max 547 6 389 8 3 7 q ỏq q nh 2 2.7.3 Hiệu n ng q  926 2 23 22 E nh 2 2 kW quá trình ác lập h i h 7499 3  923 I IE4 EI 94 75 – 93 E 74 ỏ 75 93 ẽ 8 4 nh 2 2 lệ h ha iữa h l a nh 2 25 iệ cos a hệ 2.8 Kết luận – ờ 2.37; 2.61; 2.65; 2.66; 2.67; 2.68 ọ q ỏ – 75 ờ q ọ : q ờ q q q ờ 2 q  923 (cos IE4 3 7 92 6 q 75 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN T 22 - E 94]. 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) ); ( : : ( ); ; m i ( q ; r 3.1.2 Xác đ nh mật độ t 3.1.2.1   3.1.2.2  ; ; ); Lm lm ; e th ng r ng và g ng của stator và rotor : g (3.14) Mật độ t th ng r ng của stator và rotor ờ : Bts = ksmBm (3.17) : Btr = krmBm (3.20) ờ Mật độ t th ng g ng stator và rotor ờ : (3.23) 9  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 ọ 32 3.1.2.4 Kết qu nghiên cứu 3 ờ 22 ờ    ờ ờ ờ m : 2: 3: q m m = 2 mm ; Wm = 54mm m = 3 mm ; Wm = 51mm m = 8 mm ; Wm = 40mm ờ ọ ọ : AM 3 3 . 3 2. FM q E 2 ng h h Klm Kc ge ksm krm ksym krym a b c Btr (T) Bts (T) Bry (T) Bsy (T) Htr (A/m) Hts (A/m) Hry (A/m) Hsy (A/m) i Bm (T) (T) Bg (T) ng 2 a ư 1,529 1,347 0,0006 1,132 0,940 1,617 0,962 6,609 6,395 0,0018 0,836 1,008 0,856 1,439 450 660 490 2450 0,75 0,89 0,891 0,485 h a 1,389 1,347 0,0006 1,083 0,871 1,547 0,921 9,794 10,026 0,0019 0,827 1,029 0,875 1,470 550 840 590 4390 0,815 0,95 0,952 0,496 h iữa hai hư AM FM e(%) 1,168 1,347 0,0006 0,875 0,726 1,250 0,744 30,019 33,082 0,0024 0,785 0,945 0,804 1,350 460 700 500 2850 0,94 1,08 1,084 0,455 h a Bm (T) Bg (T) 0,891 0,952 1,084 0,485 0,496 0,455 0,922 0,985 1,068 0,488 0,494 0,452 3.479 3,466 1,476 0,618 0,403 0,659 10 3.2 Kh o sát nh hư ng của kích thư c nam ch m đến mật độ t kh h kh ng khí m m q nh 2 h q h Lm 2,8 mm 3 3 . ỏ m q th ng 3 4 h i l iệ a a h Bg 0,1407 T 11 3,8 mm 4,8 mm 3 4 0,1423 T 0,1424 T 27 m 87 ỏ g q m q nh h g hi ha i 3 4 3 4 nh h g hi ha i a h Lm 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: Iq: ( ) ( ) (3.35) (3.36)  q ỏ : ( ) { (3.47) √ 3.3.2 Kết qu kh o sát : 5 6 2 1 4 22 5 ú   1 ắ  h = 550 W, n 24 2 2 q > 90%. 2 : ng P q a Enc) ) 0 75 C (R1) ad) aq) 1) d) q) 195,6 39,9 12,68 56,14 180,9 5,74 61,88 186,6 V       12 3.3.2.1  Ki m tra điều kiện cos  1 ( :⏟ ) ⏟ (3.48) ỏ N  : ⏟ √ ⏟ ỏ 3.3.2.2 Tính giá tr cos T :  (3.51)    = -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 : 32 ; 3.24, 3.25) nh 3 25 A: , W1, Enc ồ h i h 32 ; E q hi 32 ; I 32 ; 3 22 ; h 3 22; 3 24 g. 13 . I1 B: C: : I1 . 1 1 nh 2 h hi a 14 nh 2 nh 22 h h hi hi a h 15 nh 2 h i a 16 nh 25 h i a i nh 2 h E: : h hướ h i f  I1 1 H: I I: J: 3.5 Kết qu kh o sát thực nghiệm ú ắ 2 3 ờ q ỏ = 250 ọ ỏ – ờ : ờ 25 ỏ q ờ ắ 45 ẽ ắ 17 3.5.1 Kết cấu động c thực nghiệm (Tham kh o ph l 3.5.2 Kết qu thực nghiệm 3.5.2.2 Sức điện động q ọ E q q q ) 5 IEnc) 46 (DAI) (FEM) 2 46,2 (V) 45,7 (V) 2 63,9 (V) 63,1 (V) 9 2 26  ha oscillo: iệ i nh 2 ill i h h iệ – ư 3 27 9 7 75 35 3 h i ia nh 2 h h li a q ha ú q 2 ỏ 3 28 9 7 7 nhô cao 3 ờ ờ ờ  2 ờ ờ 2 18