Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu kết cấu động cơ từ trở cải thiện đặc tính mômen - Đinh Hải Lĩnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH HẢI LĨNH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ ĐỂ CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH MÔMEN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH HẢI LĨNH NGHIÊN CỨU KẾT CẤU ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ ĐỂ CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH MÔMEN Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. Nguyễn Thế Công 2. Phạm Văn Bình Hà Nội - 2022 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả các ấn phẩm được công bố chung với các cán bộ hướng dẫn khoa học và các đồng nghiệp đã được sự đồng ý của tác giả trước khi đưa vào luận án.

Các kết quả trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Hà Nội, ngày 26 tháng 04 năm 2022 Người cam đoan Đinh Hải Lĩnh TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Nguyễn Thế Công PGS. Phạm Văn Bình i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình nghiên cứu đề tài, tác giả đã gặp nhiều khó khăn.

Một mặt do trình độ còn hạn chế, một mặt do khó khăn về thiết bị thực nghiệm, song tác giả đã rất cố gắng và được sự giúp đỡ tận tình của các thầy giáo hướng dẫn, sự giúp đỡ của các thầy cô trong Bộ môn Thiết bị điện- điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, sự giúp đỡ tận tình của bạn bè, đồng nghiệp, luận án đến nay đã hoàn thành. Để hoàn thành luận án này, tác giả vô cùng biết ơn và bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến hai thầy giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp là TS. Nguyễn Thế Công và PGS. Phạm Văn Bình luôn dành nhiều công sức, thời gian quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Minh Định đã hỗ trợ và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án. Tác giả chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử, Viện Điện và phòng Đào tạo - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất về thời gian và cơ sở vật chất trong quá trình nghiên cứu sinh thực hiện luận án. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các Anh/Chị/Em đồng nghiệp, bạn bè đã động viên, giúp đỡ về mọi mặt góp phần vào sự thành công của luận án.

Sau cùng, tác giả dành lời cảm ơn tới gia đình: bố mẹ, chồng và các con đã luôn động viên, hỗ trợ về vật chất và tinh thần trong những lúc khó khăn, mệt mỏi nhất để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp phần không nhỏ vào thành công của luận án. Tác giả luận án Đinh Hải Lĩnh ii MỤC LỤC MỤC LỤC. III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. VI DANH MỤC HÌNH VẼ.

I DANH MỤC BẢNG BIỂU. VIII MỞ ĐẦU .1 Lý do chọn đề tài. 1 Mục đích của luận án. 1 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.

2 Đối tượng nghiên cứu. 2 Phạm vi nghiên cứu. 2 Phương pháp nghiên cứu. 2 Các kết quả (mới) dự kiến sẽ đạt được của đề tài.

2 Kết cấu của luận án. 3 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN .1 Lịch sử phát triển SRM .3 Nhược điểm .4 Ứng dụng của SRM .5 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về SRM .1 Các nghiên cứu trong nước .2 Các nghiên cứu trên thế giới .6 Một số nhận xét và đề xuất nghiên cứu SRM .7 Kết luận chương 1. 16 iii CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ MÔ HÌNH TOÁN SRM.1 Kết cấu SRM .2 Đặc điểm bộ điều khiển SRM .3 Nguyên lý hoạt động của SRM .4 Lựa chọn số cực stator và rotor .5 Giới hạn của góc cực stator và rotor .6 Mômen của SRM .1 Nguyên lý phát sinh mômen .2 Đặc tính mômen – tốc độ của SRM .7 Mômen trung bình và nhấp nhô mômen .8 Mô hình toán SRM .9 Xây dựng mô hình SRM trên Matlab Simulink .10 Kết luận chương 2. 48 CHƯƠNG 3 MÔMEN TRUNG BÌNH VÀ NHẤP NHÔ MÔMEN TRONG SRM .1 Phân tích và tính toán điện cảm .1 Quan hệ giữa điện cảm và vị trí rotor .2 Tính toán điện cảm cực đại Lmax và điện cảm cực tiểu Lmin .3 Phân tích đặc tính của điện cảm theo vị trí góc quay rotor .2 Ảnh hưởng góc cực rotor đến nhấp nhô mômen .3 Ảnh hưởng của tỉ lệ góc cực/ bước cực stator và tỉ lệ góc cực rotor/ bước cực rotor đến mômen trung bình .1 Xét với SRM 6/4 .2 Xét với SRM 12/8 .4 Ảnh hưởng của góc mở dòng điện đến đặc tính mômen .5 Kết luận chương 3.

90 CHƯƠNG 4 MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM .1 Mô phỏng, phân tích sóng hài mômen theo sự thay đổi góc cực rotor với SRM 6/4 .2 Mô phỏng, phân tích sóng hài mômen theo sự thay đổi góc cực rotor với SRM 12/8 .1 Thực nghiệm 1: Đo tốc độ và mômen theo thời gian SRM 12/8 .2 Thực nghiệm 2: Đo mômen - tốc độ SRM 12/8 .4 Kết luận chương 4. 113 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .115 TÀI LIỆU THAM KHẢO.117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. THÔNG SỐ KÍCH THƯỚC SRM 6/4 VÀ SRM 12/8. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG MATLAB VÀ TÍNH TOÁN LMAX VÀ LMIN .126 v DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/Chữ Đơn vị Ý nghĩa viết tắt Chữ viết tắt SRM Động cơ từ trở/ Động cơ từ trở chuyển mạch (Switched Reluctance Motor) SyRM Động cơ từ trở đồng bộ (Synchronous Reluctance Motor) FEM Phương pháp phần tử hữu hạn (Finite Element Method) DC Dòng một chiều (Direct Current) GA Thuật toán di truyền (Genetic Algorithm) S.đ Sức điện động Ký hiệu Asp mm2 Diện tích cực stator Asp1,2,3,4,5,6 ,7 mm2 Diện tích cực stator ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7 Asy1,2,3,4,5,6 ,7 mm2 Diện tích gông stator ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7 Arp1,2,3,4,5,6 ,7 mm2 Diện tích cực rotor ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7 Ary1,2,3,4,5,6 ,7 mm2 Diện tích gông rotor ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7 Ag1,2,3,4,5,6, Diện tích khe hở không khí ứng với đường dẫn từ thông số 7 mm2 1,2,3,4,5,6,7 bs mm Bề dầy gông stator br mm Bề dầy gông rotor B T Mật độ từ thông Bsp T Mật độ từ thông trên cực stator Bsp1,2,3,4,5,6, Mật độ từ thông trên cực stator ứng với đường dẫn từ thông số 7 T 1,2,3,4,5,6,7 vi Bsy1,2,3,4,5,6, Mật độ từ thông trên gông stator ứng với đường dẫn từ thông số 7 T 1,2,3,4,5,6,7 Brp1,2,3,4,5,6, Mật độ từ thông trên cực rotor ứng với đường dẫn từ thông số 7 T 1,2,3,4,5,6,7 Bry1,2,3,4,5,6, Mật độ từ thông trên gông rotor ứng với đường dẫn từ thông số 7 T 1,2,3,4,5,6,7 Bg1,2,3,4,5,6, Mật độ từ thông tại khe hở không khí ứng với đường dẫn từ thông số 7 T 1,2,3,4,5,6,7 Dir mm Đường kính trong rotor Dis mm Đường kính trong stator Dor mm Đường kính ngoài rotor Dos mm Đường kính ngoài stator e V Sức điện động cảm ứng fs Hz Tần số số xung điện áp stator F A.vòng Sức từ động F1,2,3,4,5,6,7 A.vòng Sức từ động ứng với đường dẫn từ thông số 1,2,3,4,5,6,7 g mm Chiều dài khe hở không khí tại vị trí đồng trục hoàn toàn H A/m Cường độ từ trường Hg A/m Cường độ từ trường trong khe hở không khí Hsp A/m Cường độ từ trường trên cực stator Hsy A/m Cường độ từ trường trên gông stator Hrp A/m Cường độ từ trường trên cực rotor Hry A/m Cường độ từ trường trên gông rotor hs mm Chiều cao cực stator hr mm Chiều cao cực rotor i A Dòng điện stator ik A Dòng điện pha dây quấn thứ k ia,b,c A Dòng điện pha A, B, C vii J Nm Mômen quán tính LFe mm Chiều dài lõi thép sp1,2,3, mm 4,5,6,7 Chiều dài đường dẫn từ thông trên cực stator số 1,2,3,4,5,6,7.

sy1,2,3, mm 4,5,6,7 Chiều dài đường dẫn từ thông trên gông stator số 1,2,3,4,5,6,7. rp1,2,3, mm 4,5,6,7 Chiều dài đường dẫn từ thông trên cực rotor số 1,2,3,4,5,6,7. ry1,2,3, mm 4,5,6,7 Chiều dài đường dẫn từ thông trên gông stator số 1,2,3,4,5,6,7 g mm Chiều dài khe hở không khí ứng với vị trí đồng trục hoàn toàn L H Điện cảm Lk H Điện cảm pha dây quấn thứ k La,b,c H Điện cảm pha A, B, C m Số pha dây quấn stator của động cơ SRM Mab, ac H Hỗ cảm do cuộn dây pha B, pha C tác động lên cuộn dây pha A. Mba, bc H Hỗ cảm do cuộn dây pha A, pha C tác động lên cuộn dây pha B.

Mca, cb H Hỗ cảm do cuộn dây pha A, pha B tác động lên cuộn dây pha C Vòng/p n hút Tốc độ quay của rotor N Vòng Số vòng dây trên một pha dây quấn stator Ns Số cực stator Nr Số cực rotor p Số cực của một pha dây quấn Rk Ω Điện trở dây quấn stator pha thứ k Rs Ω Điện trở dây quấn stator viii A.vg/ Rg Wb Từ trở khe hở không khí A.vg/ Rsy Wb Từ trở gông stator A.vg/ Rsp Wb Từ trở cực stator A.vg/ Rry Wb Từ trở gông rotor A.vg/ Rrp Wb Từ trở cực rotor ts mm Bề rộng cực stator tr mm Bề rộng cực rotor T Nm Mômen tổng các pha dây quấn của động cơ Tripple Nm Độ nhấp nhô mômen Tavg Nm Mômen trung bình Tk Nm Mômen của pha dây quấn thứ k Tl Nm Mômen tải Tfr Nm Mômen ma sát uk V Điện áp pha dây quấn thứ k ua,b,c V Điện áp pha A, B, C We J Năng lượng điện đầu vào Wf J Năng lượng từ trường Wco J Năng lượng cơ W’f J Đối năng lượng từ trường Vg A.vg Từ áp trên khe hở không khí (sức từ động trên khe hở không khí) Vsy A.vg Từ áp trên gông stator (sức từ động trên gông stator) Vry A.vg Từ áp trên gông rotor (sức từ động trên gông rotor) Vsp A.vg Từ áp trên cực stator (sức từ động trên cực stator) ix Vrp A.