Luận án Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong truyền động trực tiếp
✓ Lý do chọn đề tài
Ngày nay khi mối quan tâm về môi trường tăng lên, động cơ điện có hiệu suất
cao hơn luôn được tìm kiếm để đáp ứng đối với hệ thống truyền động tiết kiệm
năng lượng. Một nghiên cứu được công bố vào năm 2008 đã chỉ ra rằng động cơ
điện chiếm 65% năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới [1]. Do đó, việc sử dụng các
động cơ điện có hiệu suất cao chẳng hạn như động cơ điện nam châm vĩnh cửu gần
đây đã nhận được sự quan tâm lớn.
Động cơ nam châm vĩnh cửu không có cuộn dây rotor nên tổn thất đồng thấp hơn
và có hiệu suất cao hơn so với động cơ cảm ứng. Đối với các ứng dụng tốc độ thấp,
dưới 500 vòng/phút, động cơ nam châm vĩnh cửu có thể không cần hộp số.
Theo truyền thống, để điều chỉnh tốc độ và mô men của hệ truyền động thì sử
dụng động cơ cảm ứng kết hợp với hộp số. Tuy nhiên hệ truyền động này có nhược
điểm gây ra tiếng ồn, tốn kém vật tư, nhân công bảo dưỡng và hiệu suất truyền động
thấp. Do đó việc loại bỏ hộp số là cần thiết, để chuyển sang truyền động trực tiếp sử
dụng động cơ nam châm vĩnh cửu ghép trực tiếp với tải đáp ứng tốc độ thấp (hoặc
tốc độ cao).
Hệ truyền động trực tiếp có một yêu cầu quan trọng là chất lượng mô men điện
từ được tạo ra phải có giá trị gợn xung mô men nhỏ nhất để đảm bảo hệ thống hoạt
động trơn tru, tiếng ồn thấp và ít rung lắc. Các gợn xung mô men trong động cơ
điện nói chung là do các sóng điều hòa phụ thuộc thời gian và không gian của từ
trường khe hở không khí gây ra. Sóng điều hòa phụ thuộc không gian còn được gọi
là mô men đập mạch (cogging torque), sinh ra bởi sự tương tác giữa nam châm vĩnh
cửu và rãnh stator [2]. Như vậy, mô men đập mạch là một hiện tượng cố hữu trong
động cơ nam châm vĩnh cửu có rãnh.
Mô men đập mạch ảnh hưởng đến việc tăng và giảm tốc độ động cơ trong từng
thời điểm. Nó là một trong những nguồn tạo ra gợn xung mô men không mong
muốn khi gây ra tiếng ồn, rung động âm thanh, làm biến dạng sóng điều hòa và mài
mòn vòng bi ở tốc độ thấp [3]. Do đó vấn đề phải giảm thiểu mô men đập mạch để
nâng cao hiệu năng động cơ nam châm vĩnh cửu bằng cách phân tích, tính toán các
thông số tạo ra mô men đập mạch hoặc thiết kế động cơ theo công nghệ mới. Một
trong những cách nâng cao hiệu năng động cơ được áp dụng để nghiên cứu, chính là
phân tích, tính toán và lựa chọn các thông số tốt nhất khi thiết kế. Như vậy đề tài
“Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong
truyền động trực tiếp” là hết sức cần thiết trong bối cảnh này.
✓ Mục đích của luận án
- Nghiên cứu ảnh hưởng chiều rộng miệng rãnh (bs0), tỷ số cung cực trên bước
cực (α - độ phủ nam châm) đến mô men đập mạch ở động cơ BLDC rotor ngoài,
nam châm Ferrite có mật độ từ dư nhỏ (𝐵𝑟 = 0,39𝑇).2
- Nghiên cứu sự tác động của phản ứng phần ứng đến nam châm trong quá trình
xác lập và quá độ, từ đó đưa ra phương án hiệu chỉnh số vòng dây để đảm bảo động
cơ vận hành tin cậy. Xác định tỷ lệ chiều dài hướng trục stator và rotor sao cho phù
hợp với nam châm.
- Đề xuất giá trị hai thông số chiều rộng miệng rãnh (bs0), tỷ số cung cực trên
bước cực (α) phù hợp trong thiết kế động cơ BLDC rotor ngoài để giảm mô men
đập mạch.
✓ Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
- Ý nghĩa khoa học:
Xây dựng lưu đồ thiết kế với các vòng hiệu chỉnh bằng phương trình toán và kết
quả mô phỏng phản ánh tương đối chính xác chế độ làm việc xác lập của động cơ.
Sử dụng chuỗi Fourier như một công cụ để phân tích mật độ từ thông tại khe hở
không khí với một giá trị độ phủ nam châm được lựa chọn, sẽ tối thiểu các sóng hài
bậc cao, từ đó giảm được mô men đập mạch.
- Ý nghĩa thực tiễn:
Chế tạo hai mẫu động cơ theo quan điểm thiết kế của luận án và thử nghiệm
thành công trong dải tần số từ 7,2 Hz đến 25 Hz. Các kỹ sư có thể sử dụng lưu đồ
thiết kế BLDC rotor ngoài do luận án đề xuất để tính toán, thiết kế và điều chỉnh
cấu trúc động cơ phù hợp với yêu cầu thực tế.
✓ Đối tượng nghiên cứu
Động cơ BLDC rotor ngoài, công suất 38 W, tải (cánh quạt) nối trực tiếp, lưu
lượng gió 230 m3/1 phút, 9 cấp tốc độ ứng với dải tần số từ 7,2 Hz đến 25 Hz.
✓ Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu giảm mô men đập mạch động cơ BLDC rotor ngoài khi xét đến các
yếu tố chiều rộng miệng rãnh, tỷ lệ cung cực trên bước cực và thực nghiệm chế tạo
động cơ công suất 38 W.
✓ Phương pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết: Tổng hợp, tham khảo tài liệu trong nước và quốc tế. Đặt
ra bài toán, xây dựng và mô hình hóa động cơ.
- Sử dụng phương pháp mạch từ tương đương và giải tích để nghiên cứu tính
toán xác định mật độ từ thông tại điểm làm việc nam châm. Áp dụng phương pháp
PTHH trên Ansys Maxwell để mô phỏng các đặc tính điện từ ở chế độ tĩnh và động.
- Thực nghiệm chế tạo và kiểm chứng. Đánh giá, ưu nhược điểm mô hình và đề
xuất.3
✓ Các kết quả (mới) dự kiến sẽ đạt được
- Xác định hệ số Kn-α thông qua phân tích chuỗi Fourier theo biến không gian và
đề xuất giá trị hai thông số chiều rộng miệng rãnh (bs0) và tỷ lệ cung cực trên bước
cực (α) trong thiết kế giảm mô men đập mạch ở động cơ BLDC.
- Biểu thức tính toán từ trường nam châm trong động cơ BLDC rotor ngoài có
xét đến phần ứng phần ứng.
- Đề xuất thuật toán thiết kế tối ưu vật liệu chế tạo stator, gông rotor phù hợp với
đặc tính làm việc của nam châm vĩnh cửu mật độ từ dư thấp để giảm khối lượng
động cơ khi các giá trị công suất, mô men không thay đổi.
Tóm tắt nội dung tài liệu: Luận án Nghiên cứu cải thiện chất lượng mô men động cơ BLDC rotor ngoài trong truyền động trực tiếp
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG MÔ MEN ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN VIỆT ANH NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG MÔ MEN ĐỘNG CƠ BLDC ROTOR NGOÀI TRONG TRUYỀN ĐỘNG TRỰC TIẾP Ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 9520201 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KĨ THUẬT ĐIỆN. NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS. Phạm Hùng Phi 2. TS. Phùng Anh Tuấn Hà Nội - 2021 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả tính toán 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 06 tháng 9 năm 2021 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC NGHIÊN CỨU SINH TS. Phạm Hùng Phi TS. Phùng Anh Tuấn Nguyễn Việt Anh ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tác giả xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến tập thể hướng dẫn khoa học là TS. Phạm Hùng Phi và TS. Phùng Anh Tuấn 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. Nguyễn Vũ Thanh, 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 trân trọng cảm ơn Viện Nghiên cứu quốc tế về Khoa học & Kỹ thuật tính toán (DASI) đã tạo điều kiện thuận lợi cho phép tác giả sử dụng chương trình phần mềm ANSYS/Maxwell 2D để thực hiện các bài toán mô phỏng FEM cho động cơ BLDC. 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. Cuối cùng, tác giả xin gửi tới bố mẹ, vợ và các con lời cảm ơn sâu sắc nhất, những người thân đã luôn ở bên cạnh động viên, hỗ trợ về tinh thần và vật chất trong những lúc khó khăn, mệt mỏi. Để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp phần không nhỏ vào thành công của luận án. Tác giả luận án Nguyễn Việt Anh iii MỤC LỤC MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU ........................................................................ vi DANH MỤC BẢNG .................................................................................................. x DANH MỤC HÌNH .................................................................................................. xi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 4 1.1. Giới thiệu .......................................................................................................... 4 1.1.1. Động cơ một chiều không chổi than nam châm vĩnh cửu (BLDC) ........... 6 1.1.2. Đặc điểm điều khiển của động cơ BLDC .................................................. 8 1.1.3. Ứng dụng động cơ BLDC trong truyền động trực tiếp ............................. 9 1.2. Các nghiên cứu trong nước và quốc tế ........................................................... 12 1.2.1. Các nghiên cứu trong nước ...................................................................... 12 1.2.2. Các nghiên cứu trên thế giới .................................................................... 12 1.3. Các tồn tại và đề xuất nghiên cứu động cơ BLDC rotor ngoài ...................... 15 1.4. Vật liệu dẫn từ trong động cơ BLDC ............................................................. 16 1.4.1. Khái niệm mạch từ ................................................................................... 16 1.4.2. Vật liệu từ tính ......................................................................................... 25 1.4.3. Nam châm vĩnh cửu ................................................................................. 29 1.4.4. Mô hình mạch từ của nam châm vĩnh cửu .............................................. 35 1.5. Kết luận .......................................................................................................... 41 Chương 2: MÔ HÌNH MẠCH TỪ ĐỘNG CƠ BLDC ............................................ 42 2.1. Giới thiệu ........................................................................................................ 42 2.2. Mô hình dịch chuyển nam châm vĩnh cửu qua rãnh stator ............................ 43 2.2.1. Mô hình toán học ..................................................................................... 43 2.2.2. Phân bố từ trường vô hướng dọc theo miệng rãnh .................................. 54 2.2.3. Phân bố mật độ từ thông trong khe hở không khí ................................... 55 2.2.4. Ảnh hưởng của độ cong ........................................................................... 57 2.3. Quá trình năng lượng trong động cơ BLDC .................................................. 61 2.3.1. Xây dựng mạch từ tương đương .............................................................. 61 2.3.2. Mạch từ tương đương chưa xét đến phản ứng phần ứng ......................... 63 2.3.3. Mạch từ tương đương có xét đến phản ứng phần ứng ............................. 68 2.4. Kiểm nghiệm từ thông tại điểm làm việc nam châm bằng PTHH ................. 70 iv 2.5. Kết luận .......................................................................................................... 74 Chương 3: MÔ MEN ĐẬP MẠCH (COGGING TORQUE) TRONG ĐỘNG CƠ BLDC ........................................................................................................................ 75 3.1. Mô men đập mạch .......................................................................................... 75 3.2. Cơ sở hình thành mô men đập mạch .............................................................. 76 3.3. Ảnh hưởng của chiều rộng miệng rãnh .......................................................... 79 3.4. Ảnh hưởng của độ phủ nam châm ................................................................. 82 3.4.1. Chuỗi Fourier lượng giác ......................................................................... 82 3.4.2. Khai triển chuỗi Fourier để phân tích ảnh hưởng của độ phủ nam châm 83 3.4.3. So sánh kết quả tính toán giải tích và mô phỏng FEM ............................ 84 3.5. Kết luận .......................................................................................................... 89 Chương 4. THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM ................................... 90 4.1. Xây dựng thuật toán thiết kế động cơ ............................................................ 90 4.1.1. Các kích thước cơ bản ............................................................................. 90 4.1.2. Ứng dụng thiết kế cho quạt trần .............................................................. 92 4.1.3. Lưu đồ thuật toán thiết kế ........................................................................ 93 4.2. Tính toán thông số động cơ được đề xuất trong luận án .............................. 105 4.3. Thiết lập mô phỏng ...................................................................................... 113 4.3.1. RMxprt ................................................................................................... 113 4.3.2. Maxwell ................................................................................................. 114 4.3.3. Kiểm nghiệm kết quả tối ưu đường kính ngoài rotor ............................ 115 4.3.4. Kết quả mô phỏng thiết kế ..................................................................... 117 4.3.5. Đánh giá kết quả mô phỏng ................................................................... 120 4.4. Thực nghiệm ................................................................................................ 121 4.4.1. Đặc tính B-H thép kĩ thuật điện Posco 1300 chế tạo mạch từ stator ..... 122 4.4.2. Chế tạo động cơ thực nghiệm ................................................................ 126 4.5. Kết luận ........................................................................................................ 129 TỔNG KẾT VÀ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN .................................................. 130 Tổng kết .............................................................................................................. 130 Những mặt hạn chế ............................................................................................. 130 Khả năng phát triển từ luận án ............................................................................ 130 DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................... 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 132 v PHỤ LỤC ............................................................................................................... 137 A1. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 2.4 ....................................... 137 A2. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 3.3 ....................................... 137 A3. Số liệu mô phỏng tại mục 3.4.3 .................................................................... 139 A4. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 4.3.3 .................................... 140 A5. Kết quả tính toán thông số động cơ BLDC bằng phương pháp giải tích theo thuật toán thiết kế hình 4.12 và dùng để mô phỏng tại mục 4.3.4 ...................... 141 vi DANH MỤC VIẾT TẮT, KÝ HIỆU Ký hiệu viết tắt AC : Dòng điện xoay chiều (Alternating current). Back-EMF : Sức phản điện động (Back-Electromotive Force). BLDC : Động cơ một chiều không chổi than (Brushless Direct Current). BCNN : Bội chung nhỏ nhất. DC : Dòng điện một chiều (Direct Current). ƯCLN : Ước chung lớn nhất. MMF : Sức từ động (Magnetomotive Force). PM : Nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet). PMSM : Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet synchorous motor). PM-BLDC : Động cơ một chiều không chổi than sử dụng nam châm vĩnh cửu. PWM : Điều chế độ rộng xung. PTHH : Phần tử hữu hạn. Ký hiệu chữ Đơn vị A : Tiết diện. mm 2 Am : Tiết diện nam châm. mm 2 As : Tiết diện răng stator. mm 2 Ag : Tiết diện khe hở không khí. mm 2 Aslot : Tiết diện rãnh. mm 2 Aw : Tiết diện dây dẫn. mm 2 a : Số sợi chập. - bs0 : Chiều rộng miệng rãnh stator. mm bs1 : Đường kính trên rãnh stator. mm bs2 : Đường kính dưới rãnh stator. mm ... i., vol. 77, no. 3, pp. 225–234. [34] J. W. Jiang, B. Bilgin, Y. Yang, A. Sathyan, H. Dadkhah, and A. Emadi (2016), “Rotor skew pattern design and optimisation for cogging torque reduction,” IET Electr. Syst. Transp., vol. 6, no. 2, pp. 126–135. [35] S. Jagasics and I. Vajda (2016), “Cogging torque reduction by magnet pole pairing technique,” Acta Polytech. Hungarica, vol. 13, no. 4, pp. 107–120. [36] V. Zamani Faradonbeh, S. Taghipour Boroujeni, and N. Takorabet (2020), “Optimum arrangement of PMs in surface-mounted PM machines: cogging torque and flux density harmonics,” Electr. Eng., vol. 102, no. 3, pp. 1117– 1127. [37] L. J. Wu, Z. Q. Zhu, D. A. Staton, M. Popescu, and D. Hawkins (2012), “Comparison of analytical models of cogging torque in surface-mounted PM machines,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no. 6, pp. 2414–2425. [38] S. Taghipour Boroujeni and V. Zamani (2016), “Influence of magnet shaping on cogging torque of surface-mounted PM machines,” Int. J. Numer. Model. Electron. Networks, Devices Fields, vol. 29, no. 5, pp. 859–872. [39] S. T. Boroujeni, N. Takorabet, S. Mezani, T. Lubin, and P. Haghgooie (2020), “Using and enhancing the cogging torque of PM machines in valve positioning applications,” IET Electr. Power Appl., vol. 14, no. 12, pp. 2516– 2524. [40] J. Gao, G. Wang, X. Liu, W. Zhang, S. Huang, and H. Li (2017), “Cogging Torque Reduction by Elementary-Cogging-Unit Shift for Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 53, no. 11. [41] W. Ren, Q. Xu, Q. Li, and L. Zhou (2016), “Reduction of Cogging Torque and Torque Ripple in Interior PM Machines with Asymmetrical V-Type Rotor Design,” IEEE Trans. Magn., vol. 52, no. 7. [42] J. Ou, Y. Liu, R. Qu, and M. Doppelbauer (2018), “Experimental and Theoretical Research on Cogging Torque of PM Synchronous Motors Considering Manufacturing Tolerances,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 65, no. 5, pp. 3772–3783. [43] J. Si, S. Zhao, L. Zhang, R. Cao, and W. Cao (2019), “The characteristics analysis and cogging torque optimization of a surface-interior permanent magnet synchronous motor,” Chinese J. Electr. Eng., vol. 4, no. 4, pp. 41–47. 135 [44] D. Wang, H. Lin, H. Yang, Y. Zhang, and K. Wang (2016), “Cogging torque optimization of flux memory pole-changing permanent magnet machine,” IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 26, no. 4. [45] X. Zhu and W. Hua (2017), “An Improved Configuration for Cogging Torque Reduction in Flux-Reversal Permanent Magnet Machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 53, no. 6. [46] K. J. Han, H. S. Cho, D. H. Cho, H. R. Cho, H. S. Lee, and H. K. Jung (1999), “Core shape optimization for cogging torque reduction of BLDC motor,” IEEE Int. Electr. Mach. Drives Conf. IEMDC 1999 - Proc., pp. 416– 418. [47] T. Liu, S. Huang, Q. Deng, Q. Pu, and K. Huang (2011), “Effect of the number of slots per pole on performance of permanent magnet generator direct-driven by wind turbine,” Int. Conf. Electr. Mach. Syst. ICEMS, pp. 1– 4. [48] L. Zhu, S. Z. Jiang, Z. Q. Zhu, and C. C. Chan (2009), “Analytical methods for minimizing cogging torque in permanent-magnet machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 45, no. 4, pp. 2023–2031. [49] M. Fazil and K. R. Rajagopal (2010), “Development of external rotor single- phase PM BLDC motor based drive for ceiling fan,” Jt. Int. Conf. Power Electron. Drives Energy Syst., pp. 1–4. [50] J. Lee, H. W. Lee, Y. Do Chun, M. Sunwoo, and J. P. Hong (2000), “The Performance Prediction of Controlled-PM LSM in Various Design Schemes by FEM,” IEEE Trans. Magn., vol. 36, no. 4 PART 1, pp. 1898–1901. [51] D. C. Hanselman (1994), “Brushless permanent-magnet motor design.”. [52] N. Bianchi and S. Bolognani (2002), “Design techniques for reducing the cogging torque in surface-mounted PM motors,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 38, no. 5, pp. 1259–1265. [53] S. M. Hwang, J. B. Eom, G. B. Hwang, W. B. Jeong, and Y. H. Jung (2000), “Cogging torque and acoustic noise reduction in permanent magnet motors by teeth pairing,” IEEE Trans. Magn., vol. 36, no. 5 I, pp. 3144–3146. [54] D. Hanselman (2006), “Brushless Permanent Magnet Motor Design Second Edition,” in Magna Physics Publishing, vol. 2, Magna Physics Publishing, p. 392. [55] J. F. G. and M. Wing (2010), “Chapter 2, Permanent Magnet Motor Techlonogy Design and Application 3nd Edition,” Marcel Dekker. [56] Lưu Mỹ Thuận, Phạm Văn Chới, Bùi Hữu Tín, Phạm Tố Uyên (1986), “Giáo trình Thiết kế khí cụ điện hạ áp,” Đại học Bách khoa Hà Nội. [57] D. Duane and H. (2006), “Chapter 2, Brushless Permanent Magnet Motor Design 2nd Edition.” Magna Physics Publishing. [58] V. X. HÙNG (2018), “Modeling of Exterior Rotor Permanent Magnet Machines With Concentrated Windings,” vol. 11, no. 6. 136 [59] N. H. Nghị (2012), “Cơ sở từ học và các vật liệu từ tiên tiến.” Nhà xuất bản khoa học và Kỹ Thuật. [60] T. Kenjō and S. Nagamori (1985), “Permanent-magnet and brushless DC motors.” . [61] J. F. Gieras (2013), “Permanent Magnet Motor Technology,” J. Chem. Inf. Model., vol. 53, pp. 1689–1699. [62] T. Miller (2014), “Chapter 2, SPEED’s Electric Machines with problems and solutions.” . [63] J.R and H. J. and T. M. (1994), “Chapter 4& 6& 8& 9, Design of Brushless Permanet Magnet Motor.” [64] F. W. Carter (1901), “Air-gap induction,” vol. 38. [65] Z. Q. Zhu and D. Howe (1993), “Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet dc motors, Part III: Effect of stator slotting,” IEEE Trans. Magn., vol. 29, no. 1, pp. 143–151. [66] and T. S. L. Z. J. Liu, C. Bi, Q. D. Zhang, M. A. Jabbar (1996), “Electromagnetic design for hard disk drive spindle motors with fluid film lubricated bearings,” IEEE Trans. Magn., vol. 32, no. 5 PART 1, pp. 3893– 3895. [67] U. Kim and D. K. Lieu (1998), “Magnetic field calculation in permanent magnet motors with rotor eccentricity: Without slotting effect,” IEEE Trans. Magn., vol. 34, no. 4 PART 2, pp. 2243–2252. [68] Li Jiang Tao (2006), “Analysis and determination of cogging torque and unbalanced magnetic forces in permanent magnet spindle motors for hard disk drives,” National University of Singapore. [69] M. Niazazari, M. Mirsalim, and S. Mohammadi (2014), “Analytical framework for analysis and demagnetization study of a slotted solid-rotor line-start permanent-magnet synchronous motor,” 5th Annu. Int. Power Electron. Drive Syst. Technol. Conf., pp. 494–499. [70] T. Miller (2014), “Chapter 1, SPEED’s Electric Machines with problems and solutions.” [71] K. H. Nam (2017), “AC Motor Control and Electric Vehicle Applications.”. [72] I. Boldea and S. A. Nasar (2018), “The Induction Machines Design Handbook,” Induction Mach. Des. Handb. 137 PHỤ LỤC A1. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 2.4 Thông số Giá trị Đơn vị Số pha 3 pha Số cực 16 Cực Số rãnh 12 rãnh Số thanh dẫn một rãnh Ts - Đường kính dây dẫn 0,25 mm Kiểu đấu dây Y - Điện áp DC 127 V Đường kính ngoài stator 132 mm Đường kính trong stator 40 mm Đường kính ngoài rotor 150 mm Đường kính trong rotor 133 mm Chiều dài tác dụng mạch từ 8 mm Chiều dài tác dụng nam châm 26 mm Chiều dày nam châm 8,25 mm Mật độ từ dư 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 1,1 - Hệ số điền đầy rãnh 0,4 - A2. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 3.3 Thông số Giá trị Mô tả Công suất cơ 38 W Điện áp dây định mức 127 V Stator Số rãnh stator 12 138 Số vòng dây quấn stator 800 Lỗ trục trên thân stator 17,5 mm Đường kính stator 132 mm Số lá thép stator 16 Chiều dày lá thép 0,5 mm hs0 2,6 mm hs1 2 mm hs2 15 mm bs0 2 mm bs1 17,4 mm bs2 13 mm Rs 3 mm Kiểu dây quấn stator Tập trung, nối sao 800 vòng/răng 3200 vòng/pha Rotor Số cực 16 nam châm Số đôi cực 8 Đường kính trong 132,5 mm Đường kính vành ngoài 152 mm Chiều cao 26 mm Chiều dày gông từ 1,5 mm 139 Chiều dày nam châm 8 mm Chiều cao nam châm 26,5 mm Độ phủ nam châm 0,7 Loại nam châm Ferrite Y30BH Kiểu tải Quạt gió A3. Số liệu mô phỏng tại mục 3.4.3 Thông số Giá trị Mô tả Công suất cơ 38 W Điện áp dây định mức 127 V STATOR Số rãnh stator 12 Số vòng dây trong 1 rãnh 540 Lỗ trục trên thân stator 17,5 mm Đường kính stator 132,5 mm Số lá thép stator 16 Chiều dày lá thép 0,5 mm hs0 2,6 mm hs1 2 mm hs2 15 mm bs0 2 mm bs1 17,4 mm bs2 13 mm Rs 3 mm 140 Kiểu dây quấn stator Tập trung, nối sao 540 vòng/răng 2160 vòng/pha ROTOR Số cực 16 nam châm Số đôi cực 8 Đường kính trong 133 mm Đường kính vành ngoài 152 mm Chiều cao 26,5 mm Chiều dày gông từ 1,5 mm Chiều dày nam châm 8 mm Chiều cao nam châm 26,5 mm Độ phủ nam châm 0,7 Loại nam châm Ferrite Y30BH Kiểu tải Quạt gió A4. Thông số động cơ phục vụ mô phỏng tại mục 4.3.3 Thông số Giá trị Đơn vị Số pha 3 pha Số cực 16 nam châm Số rãnh 12 rãnh Số thanh dẫn một rãnh 1600 thanh Đường kính dây dẫn 0,25 mm 141 Kiểu đấu dây Y - Đường kính ngoài stator 132 mm Đường kính trong stator 17,5 mm Đường kính ngoài rotor 152 mm Đường kính trong rotor 132,5 mm Chiều dài tác dụng stator 8 mm Chiều dài tác dụng nam châm 26 mm Chiều dày nam châm 8,25 mm Mật độ từ dư 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 1,1 H/m A5. Kết quả tính toán thông số động cơ BLDC bằng phương pháp giải tích theo thuật toán thiết kế hình 4.12 và dùng để mô phỏng tại mục 4.3.4 Nam châm Thông số Ký hiệu Giá trị Đơn vị tính Mật độ từ dư Br 0,39 T Độ từ thẩm tương đối 𝜇r 1,1 - Chiều dày nam châm hm 8,25 mm Hệ số cung cực α 0,7 mm Số cực rotor Nr 16 - Số rãnh stator Ns 12 - Công suất cơ Pc 38 W Mô men cơ Tc 1,95 Nm Kích thước cơ bản của động cơ Đường kính trong rotor Dir 132,5 mm Chiều dài động cơ Lr=Lm 26 mm Đường kính ngoài rotor Dor 152 mm 142 Chiều dày gông rotor wyr 1,5 mm Khe hở không khí g 0,25 mm Đường kính ngoài stator Dos 132 mm Chiều dài stator Ls 8 mm Đường kính trong stator Dis 17,5 mm Khai triển chuỗi Fourier Mật độ từ thông khe hở không khí Bg 1,21 T Mật độ từ thông khe hở không khí trung bình khi phân tích Fourier Bg-avg 0,871 T Tính toán dây quấn Hệ số điện áp kE 0,623 - Chọn mật độ từ thông stator Bs 1,4 T Độ rộng răng stator bz 15,6 mm Số vòng dây pha Tph 3258 vòng Số vòng dây rãnh Tp 800 vòng Tính toán rãnh Đường kính trên rãnh bs1 17,4 mm Dòng điện pha định mức If 0,26 A Mật độ J 6 A/mm2 Tiết diện dây quấn d 0,235 mm Tiết diện rãnh Aslot 231 mm2 Độ mở miệng rãnh bs0 2 mm Chiều cao miệng rãnh hs0 2,6 mm Chiều cao cổ rãnh hs1 2 mm 143 Đường kính dưới rãnh bs2 13 mm Tính toán tổn hao Điện trở R75 88,528 Ω Điện cảm chính Laa 0,397 H Điện cảm tản Lend+slot 0,143 H Kiểm tra kE kE 0,565 - Tổn hao dây quấn pcu 17,953 W Suất tổn hao sắt pfe 1,854 W/kg Khối lượng stator mfe 0,662 kg Tổn hao sắt stator Pfe 1,228 W Hiệu suất η 0,66 %
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_cai_thien_chat_luong_mo_men_dong_co_bldc.pdf
- Thông tin bằng tiếng anh.pdf
- Thông tin bằng tiếng việt.pdf
- Tóm tắt luận án hoàn thiện 6-9-2021.pdf
- Trích yếu luận án.pdf