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 ngoài697














- 2018













Ngành





1. 
2. 

- 2018



Tơi xin cam đoan đơy lƠ cơng trình nghiên c u c a riêng tôi. Các s li u, k t qu tính
tốn trình bày trong Lu n án này là trung th c vƠ ch a từng đ
c ai cơng b trong b t c
cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2018
T P TH

TS. Bùi Đức Hùng

H

NG D N KHOA H C

PGS. TS. Nguyễn Anh Nghĩa

i

Nghiên c u sinh

Lê Anh Tuấn


Đ hoàn thành lu n án này, tác gi tr
c tiên bày t l i c m n sâu s c nh t đ n hai
th y giáo h
ng d n khoa h c tr c ti p là TS. Bùi Đ c Hùng và PGS. TS. Nguy n Anh
Nghĩa luôn dành nhi u công s c, th i gian quan tơm, đ ng viên và t n tình h
ng d n
nghiên c u sinh trong su t quá trình th c hi n lu n án.
Tác gi xin chân thành c m n TS. Phùng Anh Tu n, TS. Bùi Minh Đ nh đƣ h
đóng góp các Ủ ki n quỦ báu đ nghiên c u sinh hoàn thi n lu n án.

tr

và

Tác gi chân thành c m n các th y, cô B môn Thi t b Đi n - Đi n t , Vi n Đi n và
Vi n đƠo t o Sau đ i h c - Tr
ng Đ i h c Bách khoa Hà N i đƣ t o m i đi u ki n đ
nghiên c u sinh có đi u ki n thu n l i nh t v th i gian vƠ c s v t ch t trong quá trình
th c hi n lu n án.
Tác gi cũng bƠy t l i c m n sơu s c t i Ban Lƣnh đ o và tồn th anh/ch trong
Phịng T ch c lao đ ng ti n l
ng T ng công ty Đi n l c - TKV là n i tác gi công tác đƣ
t o m i đi u ki n đ tác gi thu n l i v th i gian h c t p và nghiên c u lu n án.
Tác gi trân tr ng c m n Công ty C ph n ch t o đi n c HƠ N i (HEM) đƣ t o m i
đi u ki n cho tác gi trong công tác gia công và ch t o m u th nghi m LSPMSM.
Tác gi trân tr ng c m n Vi n Nghiên c u qu c t v Khoa h c & K ỹ thu t tính tốn
(DASI) đƣ t o đi u ki n thu n l i cho phép tác gi s d ng ch
ng trình ph n m m

ANSYS/Maxwell 2D đ th c hi n các bài tốn mơ ph ng FEM cho LSPMSM.
Tác gi xin g i l i c m n t i các b n bè đƣ đ ng viên, giúp đỡ v
vào s thành công c a lu n án.

m i m t góp ph n

Cu i cùng, tác gi dành l i c m n t i b mẹ, v và các con đƣ luôn đ ng viên và h
tr v v t ch t và tinh th n cho tác gi nh ng lúc khó khăn, m t m i nh t đ tác gi yên
tâm trong quá trình nghiên c u, góp ph n khơng nh vào thành cơng c a lu n án.
Tác giả luận án

Lê Anh Tuấn

ii



L I CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
L IC M

N ........................................................................................................................ ii

M C L C ............................................................................................................................ iii
DANH M C CÁC KÝ HI U VÀ CH

VI T T T........................................................... vi

DANH M C CÁC B NG BI U ........................................................................................ xii
DANH M C CÁC HÌNH
M

TH

NH VÀ Đ

................................................................... xiii

Đ U ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ...1

CH

NG 1. T NG QUAN ................................................................................................. 3

1.1 L ch s
1.2.

phát tri n c a LSPMSM ................................................................................ 3

u đi m c a LSPMSM.............................................................................................. 4

1.3 Nh

c đi m c a LSPMSM ......................................................................................... 4

1.4 Các nghiên c u trong n

c và th

gi i v

LSPMSM ................................................. 4

1.4.1 Các nghiên c u trong n

c ............................................................................... 4

1.4.2 Các nghiên c u trên th

gi i ............................................................................. 4

1.5 K t lu n ..................................................................................................................... 13
CH

NG 2. MỌ HỊNH TOÁN VÀ MỌ PH NG Đ C TÍNH KH I Đ NG
C A LSPMSM .................................................................................................. 15

2.1 Mơ hình máy đi n đ ng b

t ng quát ....................................................................... 15

2.2 Mơ hình tốn LSPMSM ............................................................................................ 18
2.3 Mơ ph ng LSPMSM ................................................................................................. 21
2.3.1 Mơ ph ng LSPMSM từ mơ hình tốn ............................................................ 21
2.3.2 Mơ ph ng LSPMSM bằng các ph n m m ng d ng ph
ng pháp
ph n t h u h n .............................................................................................. 27
2.4 K t lu n ..................................................................................................................... 31
CH

NG 3. CÁC Y U T

NH H
NG Đ N Đ C TÍNH KH I Đ NG
C A LSPMSM .................................................................................................. 33

3.1 Các y u t
3.1.1

nh h

ng đ n đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM .................................. 33

nh h
ng bão hòa m ch từ đ n đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c
và ngang tr c Lmd , Lmq .................................................................................... 33

3.1.2

nh h

ng c a hi u

ng m t ngoài ................................................................ 53

3.1.3

nh h

ng c a bão hòa m ch từ đ n đi n kháng t n stato, rôto
1, x’ 2x......... 60

3.1.4

nh h

ng c a nhi t đ .................................................................................. 64

3.1.5

nh h

ng c a tính ch t t i ............................................................................ 66
iii


3.2 T ng h p các y u t

chính

nh h

ng đ n đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM ........ 69

3.2.1 Mơ hình tốn c a LSPMSM xét nh h
ng c a bão hòa m ch từ
và hi u ng m t ngoài..................................................................................... 69
3.2.2 S

đ

MATLAB/Simulink v i m ch từ hi u ch nh đ

3.2.3 K t qu

xu t........................... 71

mô ph ng ........................................................................................... 74

3.2.4 So sánh k t qu mô ph ng v i ph
ng pháp t ng h p đ xu t
vƠ ph
ng pháp ph n t h u h n .................................................................... 76
3.3 Kh o sát nh h
ng kích th
c NCVC đ n đ c tính kh i đ ng LSPMSM và l a
ch n kích th
c NCVC LSPMSM 2,2 kW .............................................................. 80
3.3.1 LSPMSM v i đ

dày NCVC khác nhau ......................................................... 81

3.3.2 LSPMSM v i b

r ng NCVC khác nhau ....................................................... 84

3.3.3 L a ch n kích th
3.4 K t lu n ch
CH

c NCVC cho LSPMSM 2,2 kW ...................................... 87

ng 3 ..................................................................................................... 87

NG 4. TH C NGHI M VÀ ĐÁNH GIÁ K T QU ............................................. 89

4.1 Gi i thi u chung ....................................................................................................... 89
4.2

ng d ng LabVIEW và Card NI USB-6009 đo đ c tính dịng đi n
và t c đ kh i đ ng LSPMSM ................................................................................. 89
4.2.1 Gi i thi u ph n m m LabVIEW ..................................................................... 89
4.2.2 Card đo l

ng NI USB-6009 .......................................................................... 91

4.3 Mô hình thí nghi m LSPMSM ................................................................................. 92
4.3.1 Đo dịng đi n ................................................................................................... 92
4.3.2 Đo t c đ

LSPMSM ....................................................................................... 93

4.4 LSPMSM 2,2 kW th c nghi m ................................................................................ 95
4.4.1 C u hình rơto LSPMSM ................................................................................. 95
4.4.2 Gia cơng NCVC .............................................................................................. 95
4.4.3 Hồn thi n rơto ............................................................................................... 96
4.4.4 L p ráp LSPMSM ........................................................................................... 96
4.4.5 Bàn th

nghi m LSPMSM ............................................................................. 97

4.5 K t qu mơ ph ng vƠ đo l

ng đ c tính t c đ vƠ dòng đi n kh i đ ng LSPMSM
ch đ không t i ..................................................................................................... 98
4.5.1 Đ c tính dịng đi n kh i đ ng ......................................................................... 98
4.5.2 Đ c tính t c đ
4.6 K t lu n ch

kh i đ ng ............................................................................... 99

ng 4 ................................................................................................... 100

K T LU N VÀ KI N NGH ........................................................................................... 102

iv


TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 103
Ti ng Vi t ..................................................................................................................... 103
Ti ng Anh ..................................................................................................................... 103
DANH M C CÁC CỌNG TRỊNH Đẩ CỌNG B

C A LU N ÁN ............................ 109

PH

L Cầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ...110

PH

L C A .................................................................................................................... 110

PH

L C B ...................................................................................................................... 130

PH

L C C ...................................................................................................................... 137

v



Kí hiệu/
Viết tắt

Đơn vị

A

Wb.m-1

Ý nghĩa
Vect

từ th

m

2

Ti t di n h u ích khe h

Am

m

2

Ti t di n b

Asy

m2

Ti t di n gơng từ stato

Ast

m2

Ti t di n trung bình răng stato

Ary

m

2

Ti t di n trung bình gơng từ rơto

m

2

Ti t di n trung bình gơng từ rơto ph n trên NCVC

Ary2

m

2

Ti t di n trung bình gơng từ rơto ph n d

Art

m2

Ti t di n trung bình răng rơto

a

m

Chi u r ng vƠnh ng n m ch

Ag

Ary1

khơng khí

m t kh i NCVC

i NCVC

a1
B
B

Tesla
Tesla

S m ch nhánh song song
M t đ từ thông
M t đ từ thông quy đ i trong khe h

Bg

Tesla

M tđ

từ thông khe h

Br

Tesla

M tđ

từ thông d

Bsy

Tesla

M tđ

từ thông gông từ stato

Bst

Tesla

M tđ

từ thông răng stato

Bry

Tesla

M tđ

từ thông gơng từ rơto

B ry1

Tesla

M tđ

từ thơng gơng từ rơto phía trên kh i NCVC

B ry2

Tesla

M tđ

từ thông gông từ rôto phía d

Brt

Tesla

M tđ

từ thơng răng rơto

Bs

Tesla

M tđ

từ thơng bƣo hịa lõi thép rôto

b

m

Chi u cao vƠnh ng n m ch

b42
C bh
C1

m

B r ng mi ng rƣnh rơto
H s bƣo hịa
H s bi n đ i t
ng đ

ng rƣnh h

stato khi bƣo hịa m ch

H

ng rƣnh h

rơto khi bƣo hịa m ch t

C2
c
c'
cv

m
m

s

bi n đ i t

khơng khí

khơng khí

NCVC

ng đ

Chi u dƠy cách đi n rƣnh
Chi u dƠy cách đi n trên nêm
H s th tích NCVC

vi

i kh i NCVC


D

m

Đ

ng kính trong stato

Dn

m
m

Đ
Đ

ng kính ngoƠi stato
ng kính ngoƠi rơto

m

Đ

ng kính tr c rơto

m

Đ

ng kính trung bình c a vịng ng n m ch

m
m

Đ

Đ

ng kính dơy d n
ng kính dơy d n có k

m

Đ

ng kính đáy trịn nh

ng kính đáy tròn l n rƣnh stato

D'
Dt
Dv
d
dcđ
d1

đ n cách đi n
rƣnh stato

d2
E0
f

m

Đ

V
Hz

S c đi n đ ng c m ng do NCVC sinh ra
T n s dòng đi n stato

f2

Hz

T ns

dòng đi n rơto

F ds

A

Từ th

sinh ra b i dịngdsi

Fg

A

S c từ đ ng khe h

Frt

A

S c từ đ ng răng rôto

Fst

A

S c từ đ ng răng stato

F sy

A

S c từ đ ng gông từ stato

F qs

A

Từ th

Fry

A

S c từ đ ng gông từ rôto

Fry1

A

S c từ đ ng gông từ rôto phía trên kh i NCVC

Fry2

A

S c từ đ ng gơng từ rơto phía d

F ztb
FEM
g
g'
g"d

A
m
m
m

S c từ đ ng trung bình m t rƣnh stato
Ph
ng pháp ph n t h u h n
Chi u dƠi khe h khơng khí
Khe h khơng khí t
ng đ
ng có tính đ n răng rƣnh stato vƠ r
Chi u dƠi khe h khơng khí quy đ i theo tr c d

g"q

m

Chi u dƠi khe h

Hc

A/m

L c kháng từ NCVC

Hsy

A/m

C

ng đ

từ tr

ng gông từ stato

Hry

A/m

C

ng đ

từ tr

ng gông từ rôto

Hry1
Hry2

A/m
A/m

C
C

ng đ
ng đ

từ tr
từ tr

ng gông từ rơto phía trên kh i NCVC
ng gơng từ rơto phía d
i kh i NCVC

hr2

m

Chi u cao rƣnh rôto

hm

m

Chi u cao kh i NCVC

IM
IPM

khơng khí

sinh ra b i dịngqsi

Đ ng c
Đ ng c

i kh i NCVC

khơng khí quy đ i theo tr c q

không đ ng b
đ ng b NCVC g n chìm

vii


I đm

A

Dòng đ nh m c stato

i ds

A

ThƠnh ph n dòng đi n stato d c tr c

i qs

A

ThƠnh ph n dòng đi n stato ngang tr c

In

A

Inbh

A

Ik
i as , ibs, i cs

A

Dòng ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i s = 1

Dòng ng n m ch khi xét đ n bƣo hòa vƠ hi u ng m t ngoƠi v
s=1
Dòng đi n kh i đ ng

JR

A
kg.m2

Dòng đi n pha A, B, C
Mơmen qn tính rơto

kC

H

s

Carter

Kđ1
k lđ

H

s

đ u n i dơy qu n stato

H

s

l pđ y

k dq1

H

s

dơy qu n stato

k

H

s

khe h

không khí

k1

H

s

khe h

khơng khí stato

k2

H

s

khe h

khơng khí rơto

kfq

H

s

hình dáng từ hóa ngang tr c

kfd

H

s

hình dáng từ hóa d c tr c

kFe

H

s

ép ch t lá thép

k L(s)

H

s

đi n c m hi u

k R(s)

H

s

đi n tr

kbh

H

s

bƣo hòa

kbhx1

H

s

bƣo hòa đi n kháng t n stato

kbhx2

H

s

bƣo hịa đi n kháng t n rơto

krl

H

s

qu n r i dơy qu n stato

ky1

H

s

b

L1

hi u

ng m t ngoƠi
ng m t ngoƠi

c ng n dơy qu n stato

m

Chi u dƠi dơy qu n 1 pha stato

LSPMSM
LPM
Ld

H

Đ ng c đ ng b NCVC kh i đ ng tr c ti p
Ph
ng pháp mơ hình tham s t p trung
Đi n c m đ ng b d c tr c stato

Lq
Lls
Lmd

H
H
H

Đi n c m đ ng b ngang tr c stato
Đi n c m t n cu n dơy stato
Đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c

Lmq

H

Đi n c m từ hóa đ ng b

L’ lr

H

Đi n c m t n l ng sóc rơto quy đ i

L’ r0

H

Đi n c m t ng c a đi n c m t n t p và đ u n i rôto

L’ r2

H

Đi n c m t n rƣnh rôto xét đ n hi u
viii

ngang tr c

ng m t ngoƠi


L’r2~

H

Đi n c m t n rƣnh rôto quy đ i xét đ n hi u

lm

m

Chi u dƠy kh i NCVC

l1

m

Chi u dƠi tác d ng c a lõi s t stato

l2

m

Chi u dƠi tác d ng c a lõi s t rôto

lđ1

m

Chi u dƠi ph n đ u n i stato

l sy

m

Chi u dƠi trung bình c a từ tr

lst

m

Chi u dƠi trung bình răng rơto

l ry

m

Chi u dƠi trung bình c a từ tr

ng đi trong gơng từ rơto

lry1

m

Chi u dƠi trung bình c a từ tr
kh i NCVC

ng đi trong gơng từ rơto phía trên

lry2

m

Chi u dƠi trung bình c a từ tr
kh i NCVC
S pha dơy qu n stato
Nam chơm vĩnh c u
T c đ đ ng c
Đ ng c đ ng b NCVC

ng đi trong gơng từ rơto phía trên

m
NCVC
n
PMSM

vg/ph

ng đi trong gơng từ stato

P đm

W

Công su t đ nh m c c a đ ng c

P out

W

Công su t đ u ra trên tr c đ ng c

Pg

Wb/A.vg Từ d n khe h

Pm
p

Wb/A.vg Từ d n kh i NCVC
S c pc c

Rg

A.vg/Wb Từ tr

khe h

R bm

A.vg/Wb Từ tr

t

Rm0, Rm

A.vg/Wb Từ tr

kh i NCVC

Rmm

A.vg/Wb Từ tr

c u n i lõi thép rôto

R ml

A.vg/Wb Từ tr

barrier từ đ u c c kh i NCVC

Rry

A.vg/Wb Từ tr

gông từ rơto

R ry1

A.vg/Wb Từ tr

gơng từ rơto phía trên kh i NCVC

R ry2

A.vg/Wb Từ tr

gơng từ rơto phía d

Rst

A.vg/Wb Từ tr

răng stato

Rsi

M

ng m t ngoƠi

khơng khí

khơng khí

ng đ

ng

i kh i NCVC

Bán kính trong lõi thép stato

r1
r2

Đi n tr
Đi n tr

pha cu n dơy stato
rôto

r'2

Đi n tr

rôto quy đ i stato

rn

Đi n tr

ng n m ch khi xét đ n hi u

rtd

Đi n tr

thanh d n rôto

r' td

Đi n tr

thanh d n rôto quy đ i

ix

ng m t ngoƠi v i s = 1


r’ td~

Đi n tr

thanh d n rôto quy đ i xét đ n hi u

rv

Đi n tr

vƠnh ng n m ch rôto

r'v

Đi n tr

vƠnh ng n m ch rôto quy đ i

Sr2

m2

Ti t di n rƣnh rôto

Std

m2

Ti t di n thanh d n l ng sóc

Sv

2

m

Di n tích vƠnh ng n m ch

s
Mđm

N.m

H s tr
t
Mômen đ nh m c

Mt

N.m

Mômen t i

i

t1

m

B

c rƣnh stato

t2

m

B

c rƣnh rôto

uas, ubs, ucs

V

Đi n áp pha A, B, C

ur

S

xad

Đi n kháng từ hóa đ ng b

d c tr c

xaq

Đi n kháng từ hóa đ ng b

ngang tr c

xd

Đi n kháng đ ng b

d c tr c

xq

Đi n kháng đ ng b

ngang tr c

x1

Đi n kháng t n dơy qu n stato

x 1bh

c nh tác d ng c a m t rƣnh stato

Đi n kháng t n dơy qu n stato khi xét đ n bƣo hòa m ch từ

x2

Đi n kháng t n rôto

x'2

Đi n kháng t n rôto quy đ i v

x’r2

Đi n kháng t n rƣnh rôto quy đ i v

x'2

ng m t ngoƠi

stato
stato

bh

Đi n kháng t n rôto quy đ i xét đ n hi u
hòa m ch từ

bh

n kháng ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i s =
n kháng ng n m ch khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi vƠ bƣ
ch từ
vòng dơy n i ti p c a m t pha dơy qu n stato

xn
w 1, Nph

Vòng

Đi
Đi
m
S

wm

m

B

r ng kh i NCVC

Z2

S

rƣnh rôto

Z1

S

rƣnh stato

zn

T ng tr

xn

ng m t ngoƠi vƠ bƣ

3

zn

ng n m ch khi xét đ n hi u

ng m t ngoƠi v i s = 1

T ng tr ng n m ch khi xét đ n hi u
m ch từ

ng m t ngoƠi vƠ bƣo h

Ký hiệu chữ Latin

0

T.m/A

Đ

từ th m khơng khí

x


rec

rad

Đ từ th m t
Góc xoay rơto

ng đ i
0

75
C

Al(75)

.m

Đi n tr

Cu(75)

.m

Đi n tr

r

m

B

c rƣnh rôto

s

m

B

c rƣnh stato

y1

m

Chi u r ng trung bình ph n t dơy d n stato
Tỷ s gi a chi u cao c a rƣnh vƠ chi u sơu hi u

su t c a nhôm

su t c a đ ng

0

C
75

ng b

m t

M1

Wb

Từ thơng móc vịng stato do NCVC sinh ra
Từ thơng móc vịng cu n ph n ng tr c d, q máy đi n đ ng b
t ng quát
Từ thông c b n do NCVC sinh ra

g

Wb

Từ thơng khe h

khơng khí

rt

Wb

Từ thơng khe h

khơng khí đi qua răng rơto

st

Wb

Từ thơng khe h

khơng khí đi qua răng stato

sy

Wb

Từ thơng khe h

khơng khí đi qua gơng stato

ry

Wb

Từ thơng khe h

khơng khí đi qua gơng rơto

'M
d,

Wb
q

Wb

ky1
i
T

(0 C)-1
M

t1

H s quy đ i rôto sang stato
H s b
c ng n
Tỷ l c c/b
c c c NCVC
H s nhi t đi n tr
Chi u sơu hi u ng b m t rãnh
H s từ d n t n t p stato
H

s

từ d n t n t p stato khi xét đ n bƣo hòa m ch từ

r1

H
H
H
H
H

s
s
s
s
s

từ d
từ d
từ d
từ d
từ d

r1bh

H

s

từ d n t n rƣnh stato khi xét đ n bƣo hịa m ch từ

t1bh

t2
t2bh
đ1

đ2

n t n t p rơto khi xét đ n bƣo hòa m ch từ
n t n t p rôto
n t n ph n đ u n i stato
n ph n đ u n i rôto
n t n rƣnh stato

H s từ d n t n rƣnh rôto
H s từ d n t n rƣnh rôto khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v i

r2
r2
r2 bh
st
rt

%

H s từ d n t n rƣnh rôto khi xét đ n hi u ng m t ngoƠi v
s = 1 vƠ bƣo hòa m ch từ t n
Tỷ s gi a ti t di n răng trung bình vƠ ti t di n m t b
c răng
Tỷ s gi a ti t di n răng trung bình vƠ ti t di n m t b
c răn
Hi u su t đ ng c

xi



Bảng 2.1 Các hàm gi i g n đúng ph

ng trình vi phơn trong Simulink ............................. 22

Bảng 2.2 Thơng s

LSPMSM 2,2 kW, 3 pha, t c đ

1.500 vòng/phút .............................. 26

Bảng 3.1 K t qu

tính tốn đ c tínhmqL v i hai ph

ng pháp LPM vƠ PTHH ................. 41

Bảng 3.2 K t qu

tính tốn đ c tínhmdL v i hai ph

ng pháp LPM vƠ PTHH ................. 50

Bảng 3.3 Đi n tr

su t

Bảng 3.4 Giá tr

đi n tr

2
.mm
/m ................................................................................... 64

,

stato, rôto theo nhi t đ ............................................................... 65

Bảng 3.5 Thông s

qu t ly tâm VTL 4B 03 ........................................................................ 67

Bảng 3.6 Thông s

LSPMSM 2,2 kW xét hi u

ng m t ngồi và bão hịa m ch từ .......... 74

Bảng 3.7 K t qu

tính tốn đ c tínhmdL v i ba đ

dày NCVC khác nhau ......................... 82

Bảng 3.8 Thông s

LSPMSM 2,2 kW v i đ

dày NCVC khác nhau ................................. 82

Bảng 3.9 Mômen t i c c đ i LSPMSM 2,2 kW kh i đ ng đ
c v i đ dày NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 83
Bảng 3.10 Hi u su t và h
Bảng 3.11 K t qu

s

công su t LSPMSM v i đ

tính tốn đ c tínhmqL v i ba b

Bảng 3.12 B ng t ng h p0Ev i ba b
Bảng 3.13 Thông s

dày NCVC khác nhau ............. 83

r ng NCVC khác nhau ..................... 85

r ng NCVC khác nhau ......................................... 85

LSPMSM 2,2 kW v i b

r ng NCVC khác nhau ............................. 85

Bảng 3.14 Mômen t i c c đ i LSPMSM 2,2 kW kh i đ ng đ
c v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 86
Bảng 3.15 Hi u su t và h

s

công su t LSPMSM v i b

Bảng 3.16 Tiêu chu n hi u su t c a đ ng c

r ng NCVC khác nhau ............ 86

KĐB 2,2 kW, b n c c theo IEC ................. 87

Bảng 3.17 Thông s LSPSM 2,2 kW v i kích th
c NCVC đ
c l a ch n
và SCIM 3K112-S4 ch đ v n hành xác l p ................................................. 87

xii



Hình 1.1 Đ ng c

Merrill - C u hình c a LSPMSM nam chơm AlNiCo đ u tiên .............. 5

Hình 1.2 Các d ng đ ng c

kh i đ ng tr c ti p ................................................................... 8

Hình 1.3 Tám c u hình LSPMSM ph

bi n ........................................................................ 9

Hình 1.4 C u hình rơto LSHIPMM ................................................................................... 12
Hình 1.5 C u hình LSPMSM do H. Saikura và c ng s
Hình 1.6 C u hình và m t đ
Hình 2.1 S

xu t ....................................... 12

từ thơng c a LSPMSM khi phân tích bằng FEM ............... 13

t ng quát c a máy đi n đ ng b

đ

đ

............................................................... 15

Hình 2.2 S đ t ng quát c a máy đi n đ ng b có dây qu n ph n ng đ t stato,
dây qu n ph n ng rơto ................................................................................... 15
Hình 2.3 S

đ

m ch đi n thay th

tr c d c a LSPMSM ................................................... 20

Hình 2.4 S

đ

m ch đi n thay th

tr c q c a LSPMSM ................................................... 20

Hình 2.5 Kh i bi n đ iabc
u sang udq ................................................................................... 22
Hình 2.6 Kh i tính tốn dịng d c tr c và ngang tr c......................................................... 23
Hình 2.7 Kh i bi n đ i dịng ng
Hình 2.8 Mơ hình LSPMSM đ
Hình 2.9 Đ ng c

c ................................................................................... 24
c mơ ph ng bằng MATLAB/Simulink .......................... 24

không đ ng b

3 pha 3K112-S4, 2,2 kW, 1.450 vịng/phút - HEM ..... 25

Hình 2.10 LSPMSM 2,2 kW đ
c hi u ch nh từ đ ng c 3 pha khơng đ ng b
3K112-S4 ........................................................................................................... 25
Hình 2.11 S

đ

dây qu n LSPMSM 3 pha, 2,2 kW .......................................................... 26

Hình 2.12 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM ..................................................................... 27
Hình 3.1 S

m ch từ LPM tính giá tr

đ

Hình 3.2 Kích th
Hình 3.3 L u đ

Hình 3.6 Đ

a LSPMSM ............................................. 35

c răng, rƣnh LSPMSM 3 pha, 2,2 kW, b n c c ................................... 36
thu t tốn tính tốn mq
L = f(iqs) ................................................................ 37

Hình 3.4 C u hình LSPMSM th
Hình 3.5 Chia l

mqLc

i ph n t

nghi m .......................................................................... 38

h u h n LSPMSM th

nghi m ............................................... 38

ng đ c tính thép B50-A800 ........................................................................... 39

Hình 3.7 Đ c tính Lmq = f(iqs ) v i thép 1008, đ ngc
Hình 3.8 Từ thông LSPMSM th

LSPMSM 2,2 kW ........................... 39

nghi m 2,2 kW khi tính tốn L
mq ................................. 40

Hình 3.9 Đ c tính Lmq = f(iqs ) c a LSPMSM th

nghi m 2,2 kW ...................................... 40

Hình 3.10 Đ c tính Lmq = f(iq) v i thép B50-A800 s

d ng PTHH(FEM) và LPM........... 41

Hình 3.11 Đ c tính Lmd = f(ids) do Mirahki và Lovelace tính tốn cho IPM ...................... 43
Hình 3.12 M ch từ LPM lu n án đ

xu t đ

tính tốn đ c tính
Lf(ids) ....................... 44

md =

xiii


Hình 3.13 Các kích th

cc

b n c a barrier từ khơng khí ................................................ 45

Hình 3.14 M ch từ LPM rút g n đ
Hình 3.15 L u đ

tính tốnmd
L.............................................................. 46

thu t tốn tính tốn md
L = f(ids) ............................................................. 47

Hình 3.16 Đ c tính Lmd = f(ids) LSPMSM 2,2 kW th

nghi m, 3 pha, 2,2 kW .................. 48

Hình 3.17 Chia l
i ph n t h u h n khi mô ph ng LSPMSM đ tính tốn
md L
v i Maxwell 2D ................................................................................................. 48
Hình 3.18 Từ thơng c a LSPMSM 2,2 kW khi tính tốn Lmd ............................................ 49
Hình 3.19 Đ c tính Lmd = f(ids) thu đ

c c a LSPMSM th nghi m
2,2 kW-ANSYS/MAXWELL 2D ...................................................................... 49
Hình 3.20 Đ c tính Lmd = f(ids) v i ph

ng pháp LPM đ

xu t vƠ ph

ng pháp PTHH ... 50

Hình 3.21 Phân b

m tđ

từ thơng trong LSPMSM th

nghi m 2,2 kW vds =
i i2A...... 51

Hình 3.22 Phân b

m tđ

từ thông trong LSPMSM 2,2 kW v dsi i= 20A ....................... 51

Hình 3.23 M ch đi n thay th tr c d khi xét nh h
ng c a bão hòa m ch từ
đ n đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c, ngang trmd , cLL
mq ............................. 52
Hình 3.24 M ch đi n thay th tr c q khi xét nh h

ng c a bão hòa m ch từ
đ n đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c, ngang trmd , cLL
mq ............................. 52
Hình 3.25 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM xét nh h
ng bão hòa m ch từ
đ n đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c, ngang trmd , cLL
mq , J = JR .................. 53
Hình 3.26 Phân b

từ tr

ng t n trong rãnh rơto l ng sóc ................................................. 54

Hình 3.27 Ti t di n c t ngang c a m t rãnh rơto l ng sóc ................................................. 55
Hình 3.28 Đ c tính k R(s) c a LSPMSM th

nghi m ........................................................ 56

Hình 3.29 Đ c tính k L(s) c a LSPMSM th

nghi m......................................................... 57

Hình 3.30 S

đ

m ch đi n thay th

tr c d hi u ch nh xét đ n hi u

ng m t ngồi .......... 58

Hình 3.31 S

đ

m ch đi n thay th

tr c q hi u ch nh xét đ n hi u

ng m t ngoài .......... 58

Hình 3.32 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM xét hi u

ng m t ngoài ............................... 58

Hình 3.33 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM khơng xét hi u

ng m t ngồi .................... 59

Hình 3.34 S đ m ch đi n thay th tr c d xét nh h
ng bão hòa m ch từ
và hi u ng m t ngoƠi đ 1n, x’
x 2, r’2 ................................................................ 62
Hình 3.35 S đ m ch đi n thay th tr c q xét nh h
ng bão hòa m ch từ
và hi u ng m t ngoƠi đ 1n, x’
x 2, r’2 ................................................................ 63
Hình 3.36 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM xét hi u

ng m t ngồi và bão hịa m ch từ t n 63

Hình 3.37 Đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM t i m t s nhi t đ môi tr
ng làm vi c
khác nhau, J = JR, Mt i= Mđm ............................................................................. 65
Hình 3.38 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM v i t i qu t gió .................................................. 67
Hình 3.39 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM v i các mơmen qn tính khác nhau ................ 68

xiv


Hình 3.40 S

đ

m ch đi n thay th

tr c d hi u ch nh c a LSPMSM ............................... 70

Hình 3.41 S

đ

m ch đi n thay th

tr c q hi u ch nh c a LSPMSM ............................... 71

Hình 3.42 M t s
có xét

s đ
nh h

kh i MATLAB/Simulink mơ ph ng LSPMSM
ng c a bão hòa và hi u ng m t ngồi ....................................... 71

Hình 3.43 M t s s đ kh i tính tốn
nh h
ng bão hịa
ds, i qs, idr, iqr xét
và hi u ng m t ngồi ........................................................................................ 72
Hình 3.44 S

đ

kh i tính tốndsi có xét

nh h

ng c a bão hịa và hi u

ng m t ngồi . 72

Hình 3.45 S

đ

kh i tính tốnqsi có xét

nh h

ng c a bão hịa và hi u

ng m t ngồi . 73

Hình 3.46 S đ kh i tính tốn L’
nh h
ng c a bão hịa
qr , L’dr , L ls, r ’2 có xét
và hi u ng m t ngồiầ .................................................................................... 73
Hình 3.47 S

đ

kh i tính tốn dr
i’ xét

nh h

ng c a bão hịa và hi u

ng m t ngồi..... 74

Hình 3.48 S

đ

kh i tính tốn qr
i’ xét

nh h

ng c a bão hịa và hi u

ng m t ngồi..... 74

Hình 3.49 Đ c tính kh i đ ng LSPMSM có xét nh h
ng c a bão hịa
và hi u ng m t ngồi, J =R .............................................................................
J
75
Hình 3.50 Khai báo tính tốn

nh h

Hình 3.51 L a ch n kích th

cl

i ph n t

Hình 3.52 Chia l

ng c a hi u
i ph n t

h uh nđ

ng dịng xốy trong Maxwell 2D ...... 76

h u h n cho thanh d n l ng sóc .................. 77

c khi mơ ph ng LSPMSM ................................ 77

Hình 3.53 Đ
ng từ thông LSPMSM t i th i đi m t = 0,0005 s đ
c mô ph ng b i
Maxwell 2D ....................................................................................................... 77
Hình 3.54 Đ c tính t c đ và dịng kh i đ ng LSPMSM đ
c mô ph ng bằng
ANSYS/Maxwell 2D ......................................................................................... 78
Hình 3.55 Đ c tính t c đ LSPMSM đ
c mô ph ng bằng ANSYS/Maxwell 2D
và MATLAB/Simulink ...................................................................................... 79
Hình 3.56 C u hình c a LSPMSM th

nghi m v i m t s

đ

dày NCVC khác nhau ....... 81

Hình 3.57 Đ c tính Lmd = f(ids) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i ba đ dày NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 81
Hình 3.58 Đ c tính t c đ kh i đ ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i đ dày NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 83
Hình 3.59 C u hình LSPMSM th

nghi m 2,2 kW v i b

r ng NCVC khác nhau ........... 84

Hình 3.60 Đ c tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 84
Hình 3.61 Đ c tính t c đ kh i đ ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 86
Hình 4.1 M t

ng d ng c a LabVIEW trong đi u khi n quá trình ................................... 90

Hình 4.2 Thi t b
Hình 4.3 S

đ

OEM NI USB-6009 ................................................................................ 91

mơ hình đo l

ng LSPMSM ..................................................................... 92
xv


Hình 4.4 Bi n dịng EMIC: CT0.6 - 150/5A - 5VA - Cl 0,5 - N1 ...................................... 92
Hình 4.5 Giao di n LabVIEW đo l

ng dịng pha LSPMSM ............................................ 93

Hình 4.6 Kh i tính tốn LabVIEW đo dịng pha LSPMSM ............................................... 93
Hình 4.7 Encoder t

Hình 4.8 Thi t k

ng đ i................................................................................................ 94
giao di n LabVIEW đo l

Hình 4.9 Kh i tính tốn LabVIEW đo l

ng đ c tính t c đ

ng đ c tính t c đ

và dịng đi n LSPMSM 94

vƠ dịng đi n LSPMSM ...... 95

Hình 4.10 C u hình rơto LSPMSM th c nghi m khi ch a có vƠ có NCVC ...................... 95
Hình 4.11 Nam chơm vĩnh c u NdFeB s

d ng trong LSPMSM th

nghi m ................... 96

Hình 4.12 Quá trình l p đ t LSPMSM th c nghi m .......................................................... 96
Hình 4.13 Ph i ghép LSPMSM th c nghi m ..................................................................... 97
Hình 4.14 Th

nghi m LSPMSM v i t i máy phát............................................................ 97

Hình 4.15 Đ c tính dịng kh i đ ng LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB khi khơng t i ....... 98
Hình 4.16 Đ c tính dịng kh i đ ng đo đ

c v i LSPMSM 2,2 kW khi không t i ........... 98

Hình 4.17 Đ c tính dịng kh i đ ng mô ph ng và th c nghi m LSPMSM 2,2 kW ........... 99
Hình 4.18 Đ c tính t c đ kh i đ ng c a LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB
khi khơng t i ...................................................................................................... 99
Hình 4.19 Đ c tính t c đ
Hình A.1 M t s

hình

kh i đ ng đo th c t

nh c a đ ng c

Hình A.2 C u t o stato đ ng c

3K112-S4 HEM ................................................. 110

3K112-S4 HEM ............................................................ 110

Hình A.3 C u t o rãnh stato đ ng c
Hình A.4 C u t o rôto đ ng c

c a LSPMSM 2,2 kW khi không t i .... 100

3K112-S4 HEM .................................................... 111

3K112-S4 HEM .............................................................. 118

Hình A.5 C u t o rƣnh rôto đ ng c

3K112-S4 HEM...................................................... 118

Hình B.1 C u trúc rơto LSPMSM .................................................................................... 131
Hình B.2 M ch từ thay th

t

ng đ

ng c a LSPMSM .................................................. 131

xvi




Trong nh ng năm qua, Vi t Nam đƣ t p trung đ u t phát tri n ngu n vƠ l
i đi n
nhằm đ m b o cung c p đi n cho các m c tiêu phát tri n kinh t - xƣ h i, đ m b o an ninh,
qu c phòng c a đ t n
c vƠ đáp ng nhu c u đi n cho sinh ho t c a nhơn dơn. Tuy nhiên
trong th i gian t i, đ t n
c s còn g p khó khăn trong vi c b o đ m cung c p đi n. Đ
n
đ nh ngu n đi n cho s n xu t, kinh doanh vƠ nhu c u sinh ho t thi t y u c a nhơn dơn,
trong th i gian qua các B , Ban, NgƠnh vƠ Chính ph Vi t Nam đƣ ban hành nhi u chính
sách, ch th , đ án, gi i pháp c th đ từng b
c th c hi n ti t ki m đi n.

V i m c đích s d ng năng l
ng có hi u qu , đ ng c đi n đ ng b nam chơm vĩnh
c u (NCVC) kh i đ ng tr c ti p (LSPMSM) có u đi m v hi u su t s lƠ gi i pháp thay
th m t ph n cho đ ng c không đ ng b (KĐB) trong m t s lĩnh v c trong t
ng lai.
Th ng kê l i, LSPMSM có các u đi m sau đơy:
- Hi u su t bi n đ i đi n-c
- Kh i đ ng tr c ti p từ l
- So v i đ ng c
g n h n.

l n.
i.

KĐB cùng cơng su t, có th

ch

t o LSPMSM có kích th

- LSPMSM thu c dịng đ ng c đ ng b NCVC, m t d ng c a đ ng c
xúc, vì v y s có tu i th cao, d b o d ỡng trong quá trình v n hành.

c nh

không ti p

Bên c nh nh ng u đi m, LSPMSM còn t n t i m t s nh
c đi m trong đó nh
c

đi m chính là khó kh i đ ng. Q trình kh i đ ng c a đ ng c b ph c t p b i s có m t
mơmen do NCVC sinh ra và mômen này không th ắng t” trong q trình m máy [5].
Do đó, nghiên c u đ c tính kh i đ ng LSPMSM s lƠ chìa khóa đ ph bi n lo i đ ng
c nƠy. Vì v y, ắNghiên cứu đặc tính khởi động động cơ đồng bộ NCVC khởi động trực
tiếp có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngồi” là c p thi t và
có tính th i s cao trong th i đi m hi n nay.


Xây d ng mơ hình tốn đ nghiên c u đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM có xét đ n
y u t bão hịa m ch từ và hi u ng m t ngoài. Từ đ c tính kh i đ ng thu đ
c, đánh giá
nh ng y u t , thơng s chính nh h
ng đ n quá trình kh i đ ng.

 
Đối tượng nghiên cứu
Đ it
ng nghiên c u c a lu n án lƠ đ ng c đ ng b
có u đi m v hi u su t và h s công su t khi v n hành.
1

NCVC kh i đ ng tr c ti p, do


Phạm vi nghiên cứu
Nghiên c u quá trình kh i đ ng c a LSPMSM có xét đ n nh h
ng c a bão hòa
m ch từ và hi u ng m t ngoài và th c nghi m v i đ ng c công su t 2,2 kW.



Đ th c hi n đ tài lu n án, lu n án s d ng các ph
ng pháp nghiên c u: Ph
ng
pháp nghiên c u lý thuy t (mơ hình tốn máy đi n, mơ ph ng trên máy tính) vƠ ph
ng
pháp th c nghi m.


Ý nghĩa khoa học
Xây d ng đ
c mơ hình tốn và mơ ph ng q trình kh i đ ng c a LSPMSM có xét
đ n nh h
ng c a bão hòa m ch từ và hi u ng m t ngoài.
Ý nghĩa thực tiễn
K t qu nghiên c u s giúp ích cho các nhà thi t k , ch
k t c u đ có đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM phù h p.

t o đánh giá vƠ đi u ch nh

n án
- Xây d ng mơ hình tốn và mơ ph ng đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM có xét đ n
nh h
ng c a bão hòa m ch từ và hi u ng m t ngồi.
- Áp d ng ph
ng pháp mơ hình tham s t p trung đ tính tốn đ c tính đi n c m từ
hóa đ ng b d c tr c, ngang tr md
cL
, Lmq c a LSPMSM có xét đ n nh h
ng bão hòa
m ch từ.

- Nghiên c u nh h
ng hi u ng m t ngoài nh h
ng đ n quá trình kh i đ ng c a
LSPMSM.
- Thi t k và ch t o đ ng c LSPMSM m u 3 pha, 2,2 kW, t c đ 1.500 vg/phút và
th c nghi m đ c tính kh i đ ng, hi u su t và h s công su t.

 
Ph n m đ u, 4 ch
ng, k t lu n và ki n ngh
Ch
ng 1: T ng quan

và 3 ph

l c, c

th :

Ch

ng 2: Mô hình tốn và mơ ph ng đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM

Ch
Ch

ng 3: Các y u t
nh h
ng đ n đ c tính kh i đ ng c a LSPMSM
ng 4: Th c nghi m vƠ đánh giá k t qu

K t lu n và ki n ngh
Ph

l c

2




LSPMSM
Đ ng c đ ng b NCVC kh i đ ng tr c ti p (LSPMSM) đƣ có q trình hình thƠnh vƠ
phát tri n lâu dài, có th tóm t t nh sau [63]: Năm 1955, F. W. Merrill lƠ ng
i đ u tiên
thi t k , ch t o m t LSPMSM hồn ch nh, trong đó các thanh NCVC đ
c ch t o từ
Ferrite và h p kim Alnico. Tuy nhiên, NCVC Alnico có h s l c kháng từc H
th p, kh
năng n đ nh nhi t khơng cao, NCVC Ferrite l i có m t đ từ thơng rdth Bp, đ giịn
cao. Thêm vƠo đó, hai v t li u NCVC trên có các đ
ng đ c tính kh từ phi tuy n m nh, vì
v y s m t d n từ tính trong quá trình ho t đ ng. T i th i đi m Merrill phát minh
LSPMSM, các đ c tính từ tính khơng t t c a NCVC đƣ h n ch kh năng ph bi n th
ng
m i đ i v i lo i đ ng c m i đ y tri n v ng này. Ti p theo s phát minh c a Merrill, đƣ có
m t vài t ch c và nhà s n xu t đ ng c quan tâm đ n đ ng c LSPMSM. Khi công ngh
v t li u NCVC phát tri n v i m t s thành t u đáng k thì m i quan tơm đ i v i đ ng c
đ ng b NCVC (PMSM) theo đó cũng tăng lên. M t b
c ngo t xu t hi n vào nh ng năm

1980 cho ngành ch t o đ ng c , v t li u NCVC đ t hi m ra đ i. Trong đó, NCVC đ t
hi m Neodymium Iron Boron (NdFeB) có các đ c tính u vi t nh có m t đ từ d cao,
tích s năng l
ng c c đ i (BH
t o đ ng c đi n,
max) l n [25], [53] r t phù h p trong ch
đ c bi t là LSPMSM. Trong gi a th p kỷ 80, các nghiên c u ch y u t p trung vào quá
trình v n hành xác l p c a LSPMSM và đƣ ch ng minh u đi m v hi u su t c a dòng
đ ng c nƠy. Ti p sau đó, q trình đ ng đ
c nghiên c u thơng qua mơ hình tốn phân
tích đ
c vi t theo h tr c t a đ d-q c a đ ng c . Cu i th p niên 90, ph
ng pháp phơn
tích ph n t h u h n b t đ u đ
c ng d ng đ mô ph ng quá trình đ ng b và kh i đ ng
LSPMSM, đơy lƠ nh ng v n đ quan tr ng nh t trong thi t k đ ng c . cùng th i đi m,
các ph
ng pháp
cl
ng thông s vƠ ph
ng pháp phơn tích ph n t h u h n cũng
đ
c phát tri n m nh m . Sau kho ng th i gian 10 - 12 năm ti p theo, trong lĩnh v c s n
xu t công nghi p, ng
i ta b t đ u chú Ủ đ n LSPMSM. LSPMSM đ
c phát tri n và ng
d ng trong công nghi p xu t phát từ nhu c u v đ ng c có hi u su t cao, chi phí v n hành
th p. Bên c nh đó, xu h
ng ng d ng LPSMSM trong cơng nghi p còn do LSPMSM đáp
ng các tiêu chu n qu c t quy đ nh hi u su t đ i v i đ ng c đi n ngày càng cao. Trên

th c t , đƣ có nhi u quy đ nh tiêu chu n hi u su t năng l
ng, chính sách năng l
ng
đ
c ban hành t i M ỹ (1992), Canada (1997) và g n đơy là Liên minh châu Âu vào tháng 6
năm 2014 ban hƠnh tiêu chu n IEC 60034-30-1:2014. T i Vi t Nam, năm 2013 Tiêu chu n
qu c gia TCVN 7540-1: 2013 đƣ đ
c ban hành.
th i đi m hi n t i, LSPMSM đƣ vƠ
đang đ
c t p trung nghiên c u và ch t o, các thi t k m i liên t c đ
c phát minh nhằm
m c đích nâng cao hi u su t, công su t và d l p đ t [63]. Th c t là, m t s hƣng đƣ ch
t ođ
c LSPMSM có cơng su t r t l n (hƣng DAMEL Ba Lan đƣ s n xu t LSPMSM
công su t 1100 kW).
3


1.2.  LSPMSM
Theo [18], so v i các đ ng c
th i đi m hi n nay nh : đ ng c KĐB rơto l ng sóc,
đ ng c KĐB rôto dây qu n, đ ng c đ ng b , LSPMSM có các u đi m sau:
- Hi u su t bi n đ i đi n-c
-H

s

l n.

công su t cao, th m chí có th

bằng m t.

- Là m t lo i trong dòng đ ng c đ ng b không ti p xúc, do v y so v i các đ ng c
đ ng b ti p xúc khác chúng có tu i th làm vi c cao, d b o d ỡng.
- Có kh

năng kh i đ ng tr c ti p từ l

i.

Chính vì nh ng tính ch t trên mà LSPMSM hi n đang đ
c t p trung nghiên c u và
kỳ v ng s thay th m t ph n cho đ ng c KĐB (hi n đang đ
c s d ng ph bi n) trong
m t s lĩnh v c trong th i gian t i.

1.3 m LSPMSM
Bên c nh u đi m, LSPMSM còn t n t i m t s nh
c n ph i kh c ph c là [5], [14]: Đ ng c khó kh i đ ng.

c đi m trong đó nh

c đi m l n

1.4 LSPMSM
1.4.1 c
Hi n nay, trong n
nghiên c u nh sau:

c các nghiên c u v

LSPMSM ch a nhi u, có th

tóm t t m t s

Tác gi Bùi Đ c Hùng và c ng s (2013) [3] nghiên c u thi t k và ch t o PMSM có
cơng su t d
i 1 kW. Các tác gi nghiên c u, thi t k và ch t o thƠnh công đ ng c
PMSM cơng su t d
i 1 kW có tính ng d ng cao trong đ i s ng.
Tác gi Nguy n Vũ Thanh (2015) [8] nghiên c u thi t k t i u đ ng c đ ng b 3
pha NCVC (LSPMSM). Trong nghiên c u, tác gi t p trung xem xét thu t toán thi t k ,
ch t o hoàn ch nh đ ng c đ ng b 3 pha NCVC kh i đ ng tr c ti p từ l
i đi n, từ đó
th c hi n t i u đ nâng cao hi u su t, h s công su t cos và gi m th tích NCVC đ ng
c ch t o theo cơng ngh đ xu t.
1.4
th i đi m hi n t i, các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM đa d ng do v t li u
NCVC đ t hi m ngày càng rẻ và s n có. Thêm vƠo đó, các tiêu chu n qu c t cũng nh các
n
c hi n nay đ u yêu c u m c hi u su t đ i v i đ ng c đi n ngày càng cao, trong khi
đ ng c KĐB g n nh đƣ đ t đ n ng ỡng hi u su t t i đa, vi c nâng cao là r t khó khăn
[16]. Vì v y LSPMSM đang thu hút đ
cs đ
c quan tâm từ các nhà nghiên c u và s n
xu t đ ng c . Tóm l
c các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM có th k đ n nh sau:
F. W. Merrill [63] đ

c coi lƠ ng
i đ u tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn
ch nh vƠo năm 1955, t i th i đi m đó NCVC th
ng là Ferrite (oxít s t) ho c h p kim
AlNiCo (h p kim c a niken, nhôm, coban cùng v i vi c k t h p m t s h p ch t khác).
Hình 1.1 bi u di n m t c t ngang đ ng c do Merrill phát minh, đ ng c có 4 vịng l p
4


từ thông (A, B, C và D). V i c u hình s
đ ng c .

khai nƠy, khơng có thành ph n mơmen từ tr

Hình 1.1 Động cơ Merrill - Cấu hình của LSPMSM nam châm AlNiCo (nguồn: [63])

K. J. Binns và Banard (1971) [50] nghiên c u vƠ đánh giá hi u su t c a m t dòng
đ ng c m i (đ ng c LSPMSM). Các tác gi khẳng đ nh, bằng vi c thêm vào các thanh
NCVC trong c u trúc rôto, hi u su t và h s công su t c a đ ng c đƣ đ
c nâng cao
đáng k , không c n ph i có c u trúc rơto ph c t p hay cơng ngh ch t o chi phí l n đi
kèm. Cũng theo các tác gi , đ đánh giá quá trình quá đ và xác l p c a LSPMSM c n có
m t mơ hình tốn v i các thông s đ u vào ph thu c c u hình đ ng c (c u hình stato,
rơto, v trí các thanh nam châm, các t m c n từ,ầ) [51].
Honsinger (1980) [78] nghiên c u đ xu t mơ hình tốn c a LSPMSM đ
c vi t theo
h t a đ d, q v i các thông s đ u vƠo lƠ đi n áp, đi n c m, đi n tr stato và rôto, từ thông
không t i do NCVC sinh ra,ầ Do cơng ngh tính toán th i đi m này ch a phát tri n nên
Honsinger không tr c ti p gi i bài tốn vi phân, mà thơng qua mơ hình tốn Honsinger xây
d ng các ph

ng trình tính tốn mơmen KĐB (mơmen l ng sóc) và mơmen c n d
i d ng
các hàm s gi i tích. Cũng trong năm 1980 [79], Honsinger nghiên c u ph
ng pháp tính
tốn LSPMSM ch đ v n hành xác l p có tính đ n t n hao s t. Ọng đ xu t hai ph
ng
pháp, ph
ng pháp đ u tiên ng d ng lý thuy t máy đi n đ ng b thông th
ng bằng cách
s d ng các ph
ng trình pha đ
c hi u ch nh thông qua b sung m ch từ ph . Ph
ng
pháp th hai ng d ng t ng tr máy đi n, trong đó t ng tr đ
c hi u ch nh đ tính đ n
nh h
ng c a t n hao s t. Tác gi k t lu n, khi thi t k ph i tính tốn chi ti t các t n hao,
đ c bi t đ i v i các đ ng c công su t nh đ có t n th t s t, t n th t đ ng nằm trong gi i
h n đ m b o ch tiêu v m t hi u su t. Honsigner (1982) [80] nghiên c u tính tốn m t s
thơng s c b n c a LSPMSM: Đi n c m từ hóa đ ng b d c tr
(L n c m từ hóa
md),cđi
đ ng b ngang tr c (L
ng không t 0i).(E
Honsinger nghiên c u
mq), s c đi n đ ng c m
m t s c u hình c b n c a đ ng c , từ c u hình c b n s gi i quy t c u hình khác ph c
t p h n. Trong nghiên c u, Honsinger cũng cho rằng các đ c tính c a LSPMSM ch đ
v n hành xác l p ph thu c nhi u vào các thông s s c đi n đ ng c m ng không
0, t i E

đi n c m từ hóa đ ng b d c tr c và ngang tr mdc, (L
Lmq).
T. J. Miler (1984) [72] nghiên c u quá trình kh i đ ng c a LSPMSM, trong đó tác gi
t p trung nghiên c u phân tích sâu nh h
ng c a các thơng s chính. Miller cho rằng
5


trong q trình kh i đ ng, mơmen đi n từ t ng là t h p c a các thành ph n mômen KĐB
(induction torque), mômen từ tr (reluctance torque) và mômen c n do NCVC sinh ra
(braking torque). Trong các thành ph n mômen, mômen do NCVC sinh ra làm cho t ng
mômen kéo gi m, d n đ n quá trình kh i đ ng c a LSPMSM g p khó khăn. Miller k t
lu n, LSPMSM có đ
ng đ c tính mơmen/đ tr
t d c, do đi n tr l ng sóc nh , s có kh
năng đ ng b hóa t t, đ c bi t đ i v i đ ng c công su t l n. Nh ng ng
c l i, có th d n
đ n giá tr mômen m máy b suy gi m, trong tr
ng h p này ph i thi t k l ng sóc kép.
Qua th c nghi m v i đ ng c thí nghi m 25 Hp, 3 pha, 460 V, t c đ 1.800 vòng/phút,
Miller nh n m nh quá trình kh i đ ng là v n đ then ch t c a LSPMSM, vì v y trong khi
thi t k c n ph i l a ch n các thông s h p lý đ đ m b o quá trình kh i đ ng c a đ ng
c . Miller và c ng s (2003) [73] nghiên c u LSPMSM v i c u hình NCVC g n chìm.
Theo các tác gi , hi n t
ng bão hòa m ch từ s đ c bi t ph c t p đ i v i LSPMSM g n
chìm do các ph n lõi thép bên trong k t c u rôto lúc v n hành s có m c đ bão hịa khác
nhau. Đơi khi bão hòa m ch từ s
nh h
ng l n đ n giá tr đi n c m và s c đi n đ ng
c m ng NCVC. Ph

ng pháp truy n th ng th
ng s d ng các thông s này đ tính tốn
mơmen, dịng đi n, đi n áp,ầ vì v y k t qu thu đ
c có th khơng chính xác. Bên c nh
ph
ng pháp tính tốn truy n th ng, ph
ng pháp ph n t h u h n (PTHH) v i kh năng
gi i quy t các bài tốn đi n từ tr
ng có đ chính xác cao cũng đ
c s d ng đ tính tốn
mơmen, dịng đi n, đi n áp nh ng t c đ tính tốn ch m. Từ các phân tích trên, tác gi đ
xu t ph
ng pháp đ th s c từ đ ng - từ thông (Flux - MMF Diagram) đ tính tốn mơ
ph ng các đ c tính LSPMSM. Qua nghiên c u và th c nghi m, Miller khẳng đ nh ph
ng
pháp đ th s c từ đ ng - từ thơng đ xu t có th xác đ nh các thông
s q, E
X0 t
ng t
d, X
ph
ng pháp PTHH, ngoƠi ra ph
ng pháp nƠy có th xác đ nh các thông s trên trong
đi u ki n v n hành không ph i lỦ t
ng.
M. A. Rahman, A. M. Osheiba và T. S. Radwan (1997) [54] nghiên c u quá trình kh i
đ ng LSPMSM. Tác gi nghiên c u mômen đi n từ t ng h p trong quá trình kh i đ ng.
Nghiên c u cho rằng mômen đi n từ t ng h p là t h p c a mơmen trung bình th i đi m
v n hành xác l p vƠ mômen dao đ ng. Mơmen trung bình s có tác d ng kéo đ ng c vƠo
đ ng b , trong khi đó mơmen dao đ ng lƠm cho đ ng c rung vƠ n trong quá trình kh i

đ ng. Từ ph
ng trình mơmen trung bình và mơmen dao đ ng, các tác gi đ xu t ph
ng
pháp tính tốn mômen đi n từ t ng h p đ nghiên c u quá trình kh i đ ng đ ng c . Bên
c nh đó, tác gi cũng s d ng ph
ng trình mơmen đi n từ t ng h p đ nghiên c u m t s
nh h
ng c a tham s đ ng c đ n quá trình kh i đ ng nh : đi n áp, t n s ngu n c p, tỷ
l c c l i, đi n áp không t i. Đ ki m nghi m, k t qu tính tốn từ ph
ng pháp đ xu t s
đ
c so sánh v i k t qu th nghi m trên m t LSPMSM m u. Qua nghiên c u quá trình
kh i đ ng LSPMSM, các tác gi cho rằng các thông s c a đ ng c đ u nh h
ng đ n
quá trình kh i đ ng c a đ ng c . Các tác gi k t lu n LSPMSM có mơmen kh i đ ng l n
(có khả năng khởi động với mơmen tải cao, điện áp nguồn cấp nhỏ) thì kh năng đ ng b
hóa s th p, ngồi ra t n s ngu n c p cao thì mơmen đi n từ t ng h p sinh ra nh , bên
c nh đó kh năng đ ng b c a LSPMSM còn ph thu c nhi u vào tỷ l c d/X
c lq. i X
Juliette Soulard, Hans - Peter Nee (2000) [48] nghiên c u quá trình kh i đ ng c a
LSMPSM. Nghiên c u ch ra rằng kh năng kh i đ ng c a LSPMSM ph thu c nhi u vào
thông s đ ng c . M t s thông s ch u nh h
ng c a m t s y u t khác nh nhi t đ , vì
v y s khó khăn đ tính tốn chính xác ch đ q đ . Trên c s phân tích, các tác gi
6


đ xu t ph
ng trình tính tốn mơmen t i ng d ng hàm Lyapunov. Các tác gi k t lu n,
đơy lƠ ph

ng pháp đ n gi n đ xác đ nh mômen t i l n nh t mƠ đ ng c LSPMSM có th
kh i đ ng đ
c. Bên c nh đó, ph
ng pháp cũng có th đ
c ng d ng đ xét nh h
ng
c a các thông s đ ng c đ n kh năng kh i đ ng. Các tác gi cũng cho rằng đi n áp
ngu n c p vƠ đi n tr rôto là hai thông s quan tr ng nh t nh h
ng đ n kh năng kh i
đ ng c a đ ng c . Ngoài ra, ph
ng pháp đ xu t có th đ
c dùng đ xác đ nh mơmen t i
ng ỡng đ i mƠ đ ng c có th kh i đ ng v i các đi u ki n cho tr
c và ph
ng pháp cũng
có th
ng d ng đ đánh giá đ ng c s b trong khâu thi t k .
Ugale, Nagabhushanrao, Chaudhari và Bhasme (2008) [62] nghiên c u quá trình quá
đ c a LSPMSM khi ng t ngu n c p trong th i gian ng n. Theo các tác gi , LSPMSM
đ
c thi t k v n hƠnh trong đi u ki n đi n áp ngu n c p sin, t n s c đ nh, đi n áp
ngu n c p liên t c, cân bằng,ầ Khi đ ng c m t ngu n c p, rôto s gi m t c đ từ từ, t c
đ quay rôto gi m s khác v i tr
ng h p đ ng c KĐB do s có m t c a NCVC trong
rơto. Trong quá trình gi m t c, đ ng c v n còn t n t i từ tr
ng quay đ
c sinh ra b i
NCVC trong rôto, từ tr
ng này c m ng s c đi n đ ng kích thích sinh ra dịng c m ng
trong stato, dịng c m ng s sinh ra mômen c n làm cho quá trình gi m t c ch m h n. Khi

đi n áp c p ph c h i tr l i, có s sai pha gi a s c đi n đ ng kích từ vƠ đi n áp ngu n c p,
đi u này d n đ n các tác đ ng có h i, đ c bi t là tác h i đ i v i NCVC. Tác h i do quá
trình m t đi n t m th i ph thu c ch y u vào lo i t i, vì v y khi thi t k ph i đ m b o
rằng NCVC s không b kh từ đi u ki n trên. Ugale, Singh, Bake và Chaudhari (2009)
[61] nghiên c u hi u qu ti t ki m năng l
ng khi ng d ng LSPMSM trong ngành nông
nghi p n Đ . Theo nghiên c u, trong lĩnh v c nông nghi p đ ng c KĐB 3 pha, công
su t 5 Hp, 415 V, 7,3 A, b n c c, 50 Hz, hi u su t 85%, h s công su t 0,82 là lo i đ
c
s d ng ph bi n nh t. Đ đánh giá, tác gi so sánh các c u hình LSPMSM khác nhau.
Trong đó, stato đ
c t n d ng từ đ ng c KĐB 5 Hp s n có, rơto đ
c thi t k l i l ng sóc
đ đ m b o kh năng kh i đ ng, bên trong lõi thép rôto đ t các thanh NCVC có hình d ng
khác nhau. Các tác gi nghiên c u 6 c u hình rơto đ đánh giá hi u su t c a từng lo i. Các
tác gi cũng nghiên c u v i gi thi t đ ng c KĐB 5 Hp đ
c thay th b i LSPMSM trong
th i gian m t năm, giá tr ph n năng l
ng ti t ki m đ
c tính tốn đ đánh giá l i ích c a
vi c thay th đ ng c KĐB bằng LSPMSM. Các tác gi k t lu n, v i các n
c có n n kinh
t m i n i ho c đang phát tri n nh
n Đ thì c n thi t ph i có các gi i pháp ti t ki m
năng l
ng. Bên c nh đó, do ch t l
ng đi n áp các vùng nông nghi p, đ c bi t các
vùng sâu, vùng xa r t th p, nên đ ng c KĐB hi n đang s d ng v i s l
ng l n s không
đ m b o hi u su t v n hành nh thi t k . Vì v y, đ nâng cao hi u su t đ ng c trong quá

trình chuy n hóa năng l
ng có th s d ng LSPMSM đ thay th đ ng c KĐB. Nghiên
c u khẳng đ nh, v i l i ích kinh t nên ti p t c nghiên c u đ
ng d ng LSPMSM r ng rãi
h n trong ngành nông nghi p n Đ . Xa h n n a, nghiên c u cũng đ xu t thay đ i công
ngh ch t o hi n có nhằm đ m b o năng l c s n xu t LSPMSM v i s l
ng l n nhằm
đáp ng nhu c u s d ng trong t
ng lai.
T. Marčič, B. Ởtumberger, Gorazd Ởtumberger, M. Hadžiselimović, P. Virtić vƠ
D. Dolinar (2008) [76] nghiên c u so sánh LSPMSM v i đ ng c KĐB. Các tác gi khẳng
đ nh ch đ v n hành xác l p, LSPMSM có hi u su t và h s công su t l n h n đ ng c
KĐB. T t c LSPMSM thí nghi m đi n áp và t i đ nh m c đ u v n hành v i nhi t đ
th p h n nhi t đ v n hành c a đ ng c KĐB. Nghiên c u k t lu n, LSPMSM có kh
năng kh i đ ng tr c ti p và có nhi u u đi m trong v n hành nên trong t
ng lai s là lo i
7