Thiết kế máy phát điện nam châm vĩnh cửu công suất nhỏ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

BÁO CÁO ĐỒ ÁN 2
Thiết kế mô phỏng máy phát điện nam châm vĩnh cửu
có cơng suất nhỏ
Họ và tên
Trần Duy Anh
Phạm Đức Dũng

MSSV
20181088
20181127

Giảng viên hướng
dẫn:
Bộ môn:
Viện:

TS. Nguyễn Nga Việt
Thiết bị điện - điện tử
Điện

HÀ NỘI, 12/2021


Lời cảm ơn
Hiện nay,máy phát điện đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nước.Tuy
nhiên,vấn đề này vẫn cịn khá mới mẻ đối với bọn em.Trong q trình nghiên cứu,bọn
em có học tập được nhiều kinh nghiệm quý báu,thu nhập được kết quả tương đối
chính xác.
Bọn em xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy TS. Nguyễn Nga Việt, người

đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và cho bọn em những ý kiến, đóng góp
quý báu để bọn em có thể hồn thành đồ án này.
Tuy bọn em đã cố gắng, nhưng chắc chắn đồ án vẫn cịn nhiều thiếu sót cần được điều
chỉnh và bổ sung. Rất mong nhận được ý kiến đóng góp từ thầy để bọn em có thể hiểu
rõ về phần này hơn.


MỤC LỤC


DANH MỤC HÌNH VẼ


CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Cuộc sống ngày càng phát triển nhu cầu của con người ngày càng
cao, cùng với đó là các hoạt động văn hóa xã hội, sản xuất kinh
doanh thì nguồn điện đóng vai trị khơng thể thiếu. Tuy nhiên, hiện
nay nguồn điện khơng phải lúc nào cũng đáp ứng đủ 100% nhu cầu
sử dụng của con người, bởi vậy mà vai trò của máy phát điện rất
quan trọng và cần thiết.
Hiện nay,máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu là thiết bị điện
được sử dụng rộng rãi trong cơng nghiệp và có nhiều ưu điểm so với
các loại máy phát khác sử dụng cho truyền động điện xoay chiều. Vì
vậy,trong thời gian học em được giao nhiệm vụ “ Thiết kế mô
phỏng máy phát điện nam châm vĩnh cửu có cơng suất
nhỏ”dựa trên các thông số cho trước.
2. MỤC TIÊU ĐỀ TÀI
Với những thơng số cho trước, tính tốn thiết kế được các thơng số
của máy.Từ đó, thiết kế mơ phỏng máy phát điện nam châm vĩnh

cửu công suất nhỏ đạt hiệu suất trên 85% .
Máy phát công suất nhỏ thường được sử dụng cho hệ thộng điện
gió,thủy triều,…
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Kết hợp nghiên cứu giữa lý thuyết tính tốn truyền thống và
phương pháp phần tử hữu hạn trên nền tảng phần mềm Ansys
Maxwell để thiết kế, mô phỏng và đánh giá các tham số điện từ
(điện áp ra, dòng điện, mô men, công suất…) của máy phát điện
nam châm vĩnh cửu.
CHƯƠNG 2 :MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM VĨNH CỬU
1. KHÁI NIỆM
Máy phát điện đồng bộ là loại máy phát điện xoay chiều có tốc độ
rơto (n) bằng với tốc độ của từ trường quay trong máy (n1). Ở chế
độ xác lập thiết bị này có tốc độ quay của rôto n luôn không đổi. Máy
phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu là máy phát điện đồng bộ
trong đó rotor được làm bằng nam châm vĩnh cửu,từ trường kích từ
ln khơng đổi.
Thơng thường ,máy phát điện có mật độ từ trường từ nam châm
vĩnh cửu nhỏ hơn loại kích từ từ nguồn điện một chiều, vì thế kích
thước máy sẽ lớn hơn nếu cùng một công suất phát ra.Việc điều
khiển máy phát đơn giản hơn mặc dù tính năng có bị hạn chế.
5


2. CẤU TẠO
Về cấu tạo,máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu có cấu tạo
tương tự máy phát điện đồng bộ thông thường,chỉ khác ở máy phát
điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu thì nam châm vĩnh cửu được sử
dụng để thay thế các cuộn kích từ trong các máy phát đồng bộ.

Hình 1 Cấu tạo máy phát điện
Cấu tạo gồm có 2 phần chính :Stator và Rotor
Stator(phần ứng):
Stator của máy phát điện đồng bộ cũng giống như stator của máy
điện khơng đồng bộ, có cấu tạo gồm hai bộ phận chính là lõi thép và
dây quấn stator. Dây quấn của stator còn được gọi là dây quấn phần
ứng.
Lõi thép được thiết kế dạng hình trụ giúp dẫn từ tốt. Nó được hình
thành bởi những lá thép kỹ thuật điện ghép với nhau bởi những rãnh
nhỏ. Những lá thép này được phun sơn tĩnh điện để bảo vệ nó khơng
bị ăn mịn, khơng bị oxy hóa, đảm bảo tuổi thọ bền lâu.
Dây quấn là bộ phận được làm từ đồng nguyên chất có khả năng tạo
từ trường ổn định.
Rotor(phần cảm) :
Rotor của máy phát bao gồm nam châm vĩnh cửu tạo ra trường để
kích thích và thay thế nguồn cung cấp bên ngoài cho máy phát điện.
các nam châm được gắn chặt trên lõi thép rotor .Không gian giữa
các nam châm được lấp đầy bằng các lá thép hình đặc biệt, các bộ
phận đó tạo ra một dịng điện đóng cho từ trường.

6


Hình 2 Mặt cắt ngang của máy phát nam châm vĩnh cửu

3. NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC
Nguyên lý làm việc của máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
cũng giống như nguyên lý hoạt động của máy điện đồng bộ thông
thường,chỉ khác nhau ở chỗ máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh
cửu thì cuộn kích từ trên rotor được thay thế bằng nam châm vĩnh

cửu.
Khi ta đưa dòng điện kích thích một chiều vào dây quấn kích thích
đặt trên cực từ,dịng điện kích từ sẽ tạo nên một từ thông Φ(mật độ
từ thông B ). Nếu ta quay rotor lên đến tốc độ n (rpm) theo chiều
quay cho trước, thì từ trường kích thích Φ sẽ qt qua dây quấn
phần ứng và cảm ứng nên trong dây quấn đó suất điện động với tần
số.
4. LỰA CHỌN VẬT LIỆU TỪ CỨNG CHO MÁY PHÁT ĐIỆN
Vật liệu từ cứng ( còn gọi là nam châm cứng, nam châm vĩnh cửu ) là
loại vật liệu từ có lực kháng từ Hc cao ( Hc > 150 Oe ), chu trình từ
trễ rộng, cảm ứng từ dư Bd tương đối cao và bền vững.
Vật liệu từ cứng có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của máy điện
đồng bộ kích thích bằng nam châm vĩnh cửu : Mơ men, hiệu suất,
cơng suất, kích thước, trọng lượng, giá thành ... của máy. Do vậy
việc lựa chọn các vật liệu từ cứng để chế tạo cực từ cho máy phát
điện đồng bộ là việc làm rất cần thiết.
Các tiêu chí chung để lựa chọn vật liệu từ cứng cho ứng dụng trong
máy phát bao gồm:
-Các tham số từ trường: Cảm ứng từ dư B r ; Lực kháng từ Hc ; Tích
năng lượng cực đại (BH)max.

7


-Nhiệt độ làm việc của vật liệu.
-Dễ từ hóa
-Dễ gia cơng, tạo hình
-Các thơng số về giá : Giá vật liệu; Giá gia công; Giá trên đơn vị
năng lượng ....
Việc lựa chọn vật liệu từ cứng phải so sánh tổng thể các tham số

trên trong từng ứng dụng cụ thể. Trong đó đặc biệt phải chú ý đến
nhiệt độ làm việc của vật liệu, bởi nó liên quan đến chế độ và vị trí
làm việc của máy phát, liên quan đến việc đề ra công nghệ chế
tạo, .... (BH)max thường sử dụng để đánh giá các vật liệu về năng
lượng đầu ra cực đại trên đơn vị thể tích. Tuy nhiên, khơng phải cứ
vật liệu có (BH)max cao hơn thì ln ln tốt hơn. Những vật liệu có H c
cao là sự lựa chọn tốt hơn cho những máy có yêu cầu hiệu suất cao.
Cảm ứng từ dư Br cao lại có khả năng tạo ra từ trường lớn trong khe
hở khơng khí, từ đó tăng mơ men của máy phát.Giá thấp lại thu hút
cho những ứng dụng máy phát công suất lớn; Yêu cầu làm việc ở
nhiệt độ cao lại cần đến các vật liệu SmCo ..... Do đó khơng có cơ sở
để nói chung chung rằng vật liệu nào tốt hơn, vật liệu nào xấu hơn,
mà phải tùy theo yêu cầu của ứng dụng cụ thể.
Cho đến nay, hầu hết các máy phát điện nam châm vĩnh cửu đều sử
dụng một trong các vật liệu từ cứng : Alnico ( Aluminum Nickel
Cobalt ); Fe3O4 ( Ceramic, Ferrite ); SmCo (Samarium Cobalt);
NeFeBo (Neodymium Iron Boron )
Một so sánh tương đối sự khác nhau về giá cùng một số tham số
quan trọng khác của các vật liệu từ cứng

Hình 3 So sánh một vật liệu từ cứng
Kết luận : Bằng việc tổng hợp và chọn lọc trong các tài liệu tham
khảo, đưa ra được một số kết quả cho việc lựa chọn các vật liệu từ
cứng trong việc thiết kế, chế tạo máy phát điện đồng bộ nam châm
vĩnh cửu như sau :

8


-Với những tính năng : Từ dư Br cao ( tới 1,56T), lực kháng từ Hc trên

10 kOe, khả năng tích trữ năng lượng tối đa (BH)max cỡ 64 MGOe,
(NdFeB là nam châm mạnh nhất, có nhiệt độ làm việc gần 150 0 C),
cùng với sự phát triển và hoàn thiện cơng nghệ nhanh chóng của
các nam châm trắng ( Vật liệu từ cứng đất hiếm, nam châm
Neodymium, nam châm NdFeB ) đã là vật liệu được lựa chọn cho các
ứng dụng công nghệ cao, với môi trường làm việc có nhiệt độ khơng
cao đặc biệt là ứng dụng trong các máy phát điện cơng suất nhỏ với
kích thước được thu nhỏ và hiệu suất rất cao, trong đó có máy phát
điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

Hình 4 Thơng số khi thiết kế máy phát điện nam châm vĩnh cửu
- Là nam châm đất hiếm mạnh thứ hai hiện nay và có nhiệt độ làm
việc cỡ 3500 C, SmCo được lựa chọn cho các ứng dụng nhiệt độ cao,
ở vùng công suất thấp
-Giá thấp nhất, nhiệt độ làm việc cỡ 300 0 C, Ferrite trở thành vật liệu
từ cứng được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Đặc biệt là các máy
điện nam châm vĩnh cửu với công suất lớn.

9


-Đối tượng của đề tài là máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu
ở cơng suất nhỏ. Vì vậy, qua phân tích ở trên, hiện nay vật liệu phù
hợp cho chế tạo là NdFeB.
-So sánh các thông số, trong đó ở vùng cơng suất thấp, quan trọng
nhất là hiệu suất cao và kích thước, trọng lượng nhỏ, nên hai thơng
số chính ở đây là Hc và Br cao. Bên cạnh đó phải đảm bảo nhiệt độ
vận hành và giá thành ... lựa chọn vật liệu là NdFeB38 ( B r = 12,55
kG; Hc = 11,7 kOe ) để tính tốn một số thơng số chính của máy
phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu.

5. ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ ĐỐI VỚI MÁY PHÁT ĐIỆN
Khi làm việc,trong máy điện sinh ra các tổn hao,năng lượng tiêu tốn
đó biến thành nhiệt năng và làm nóng các bộ phận của máy.Khi
trạng thái nhiệt của máy đã ổn định thì tồn bộ nhiệt lượng phát ra
đều tỏa ra môi trường xung quanh nhờ sự chênh lệch nhiệt độ giữa
các bộ phận của máy bị đốt nóng với mơi trường.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến động cơ máy phát điện bắt đầu ở nhiệt độ
40℃, sau nhiệt độ này:
-Khơng khí vốn đã rất nóng và chất lượng của nó khơng cịn tối ưu
để tạo ra q trình cháy tốt khi trộn với nhiên liệu. Điều này tạo ra
sự mất điện.
-Nhiên liệu trong động cơ lên đến nhiệt độ rất cao và q trình đốt
cháy sẽ khơng diễn ra trong điều kiện thích hợp.
-Hiệu quả của hệ thống làm mát sẽ bị giảm sút. Do đó, nếu bộ tản
nhiệt khơng đúng kích cỡ, máy phát điện có thể ngừng hoạt động do
nhiệt độ nước quá cao.
Nhiệt độ cao cũng liên quan đến mật độ khơng khí thấp hơn và có
thể gây ra các vấn đề đánh lửa tương tự do khơng được cung cấp
khơng khí đầy đủ. Điều này có thể tạo gánh nặng cho động cơ tự đẩy
nó để cung cấp sức mạnh mà nó được thiết kế. Tuy nhiên, do khơng
đủ lượng oxy có sẵn cho q trình đốt cháy, nó khơng thực hiện
được. Trong nhiều trường hợp như vậy, động cơ bị quá nhiệt và đơi
khi bị sập hồn tồn.
6. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA MÁY PHÁT ĐIỆN NAM CHÂM VĨNH
CỬU
Ưu điểm

10

- Với thiết kế rotor khơng cần cuộn dây kích thích, vành trượt và
bộ kích từ, từ đó có thể tránh được tia lửa điện, giảm chi phí bảo trì
bảo dưỡng.
- Sự vắng mặt của chổi than, cổ góp cơ khí và vịng trượt làm giảm
nhu cầu bảo dưỡng thường xuyên liên quan và ngăn chặn nguy cơ
hỏng hóc ở các bộ phận này
- Có tính ổn định và an tồn trong q trình hoạt động, đồng thời
khơng cần nguồn điện một chiều để kích từ.
- Điều khiển đơn giản,dễ sử dụng.
Nhược điểm
- Tính năng cịn hạn chế.
- Giá thành cao do nam châm vĩnh cửu chứa đất hiếm.
CHƯƠNG 3 :THIẾT KẾ MÁY PHÁT ĐIỆN ĐỒNG BỘ NAM CHÂM
VĨNH CỬU
1 GIỚI THIỆU VỀ PMSG
- Máy phát điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu (Permanent magnet
synchronous generator - PMSG) là một dạng đặc biệt của máy điện
đồng bộ. Máy điện đồng bộ thơng thường có cuộn dây quấn phần
ứng và cuộn dây quấn kích từ ở rotor được cấp dịng điện một chiều
qua chổi than và vành trượt. Điều đó gây tổn hao rotor, làm giảm
tuổi thọ máy. Đây là lý do chính đỏi hỏi phải phát triển PMSG, nhằm
khắc phục những nhược điểm của máy điện đồng bộ thông thường
như đã trình bày ở trên, người ta thay cuộn kích từ, nguồn kích từ
một chiều, chổi than vành trượt bằng một nam châm vĩnh cửu.Vì thế
PMSG cần phải có sức điện động cảm ứng hình sinh, dịng điện phải
có dạng hình sin để tạo ra mơ men điện từ khơng đổi giống như ở
máy đồng bộ thông thường.
- Sự ra đời gần đây của nam châm mật độ năng lượng cao (nam
châm đất hiếm) đã cho phép đạt được mật độ từ thơng cực cao
trong PMSG, do đó khơng cần phải quấn rotor. Điều này cho phép

máy phát điện có cấu trúc nhỏ, nhẹ và chắc chắn. Vì khơng có dịng
điện lưu thơng trong rotor để tạo ra từ trường nên rotor của PMSG
khơng nóng lên. Chỉ sản sinh nhiệt trên stator, dễ làm nguội hơn
rotor vì nó nằm ở ngoại vi của máy phát .
- PMSG phù hợp với loại có cơng suất vừa và nhỏ, khơng có vai trị
ổn định lưới.
Thường được dùng trong hệ thống điện gió,thủy triều….

11


Hình 5 Lưu đồ thiết kế máy phát nam châm vĩnh cửu
2.TÍNH TỐN THƠNG SỐ MÁY PHÁT
Trong bài này ,máy phát điện P=500w,n=500 rpm được sử dụng để
tham chiếu.
Bảng thông số cơ bản cho sẵn của máy phát :

Thông số
Công suất (W)
Tốc độ (rpm)
Rotor (cực)
Đường kính ngồi
stator(mm)
Đường kính trong
stator(mm)
Đường
kính

Giá trị
500

0-500
8
170
86.75
84.25
12


rotor(mm)
Đường
kính
rotor(mm)
Rãnh

trục

15
36

Đường kính D và chiều dài l là các kích thước chủ yếu của máy
điện.Kích thước D,l và tỷ lệ giữa chúng quyết định trọng lượng,giá
thành,các đặc tính kinh tế kỹ thuật và độ tin cậy lúc làm việc của
máy.
Các công thức liên quan đến bảng thông số trên (Trần & Nguyễn,
2006):
Stator :
-Đường kính ngồi lõi thép stator:
Trong đó : Ps là công suất biểu kiến (VA).
Pđm là công suất cơ định mức.
là hiệu suất

là tỷ số giữa chiều dài lõi thep với bước cực
là mật độ từ thông khe hở khơng khí
- Đường kính trong lõi thép stator:
KD : Hệ số kết cấu.
Rotor :
-Đường kính ngồi rotor
Trong đó : là khe hở khơng khí
2.1 Tính tốn lý thuyết
1.
Cơng suất tính tốn
P' =

Ke * P
0,922*0,5
=
= 0, 67794(kW )
n *cos ϕ 0,85*0,8

Trong đó kE = 0,922. (Trần & Nguyễn, 2006, p. 231)
kE là tỷ số sức điện động sinh ra trong máy và điện áp đặt vào.
2.

Dòng điện áp định mức
I=

P *103
500
=
= 1,11( A)
3*U * n *cos ϕ 3* 220 *0,85*0,8

3. Thiết kế stator
3.1.Chiều dài của lõi stator
Chọn A = 250A/cm; Bδ = 0,782 T (Trần & Nguyễn, 2006, p. 233)
13


lδ =

6,1*107 * P
6,1*107 *677,94
=
= 86, 015(mm)
aδ * k s * kd * A * Bδ * D 2 * n 0, 64*1,11*0,92* 250*0, 782*86, 752 *500

Trong đó =0,64 :Hệ số tính tốn cung cực từ
=1,11 :Hệ số sóng
=0,92 :Hệ số dây quấn
Do lõi sắt ngắn nên làm thành một khối. Chiều dài lõi sắt stator,
rotor là =86.015(mm)
3.2 Các kích thước cơ bản
3.2.1. Bước rãnh stator
π * D π *86, 75
t1 =

Z

=

36

= 7,5704( mm)

3.2.2. Sơ bộ định chiều rộng răng
b 'z1 =

Bδ * t1 0, 782*7,5704
=
= 4, 7935(mm)
Bz1 * kc
1,3*0,95

Trong đó :: Mật độ từ thơng trên răng có cạnh song song
:Hệ số ép chặt lõi sắt
3.2.3. Chiều cao gông stator
hg1 =

D
86, 75
=
= 13,55(mm)
1, 6 * p 1, 6* 4
Thiết kế rãnh stator

Stato máy điện nhỏ có thể dùng các rãnh có dạng hình quả lê, nửa
quả lê hoặc hình thang, với các dạng rãnh này chiều rộng răng sẽ
đều suốt cả chiều cao ranh.
Rãnh hình quả lê có khn dập đơn giản nhất, từ trở ở đáy rãnh so
với hai dạng rãnh kia nhỏ hơn vì vậy giảm được sức từ động cần
thiết trên răng.

14


Hình 6 Hình dạng rãnh stato
-Chọn kích thước miệng rãnh như sau:
Chiều cao miệng rãnh :

Hs 0 = 1, 7(mm)

Chiều rộng miệng rãnh :
Bs1 =

π *( D + 2* Bs 0) − b ' z1* Z
= 3, 2909( mm)
Z −π

Bs 2 =

π * ( D − 2* hg1 ) − b 'z1* Z
= 7, 06(mm)
Z +π

Đường kính

Đường kính

Bs 0 = 1,3( mm)(1,1 ÷ 1, 5mm)

h=

Chiều cao rãnh stato

Dn − D − 2hg1
= 28, 075( mm)
2

Khi đó chiều cao thực của răng

Hs 2 = h − 0,5*( Bs0 + Bs1 + Bs 2) = 28,075 − 0,5*(1,3 + 3, 2909 + 7,06) = 22, 25(mm)

3.2.4. Dây quấn stator
-Kiểu dây quấn :Dây quấn stato đặt vào rãnh của lõi thép stato và
được cách điện với lõi thép. Dây quấn có nhiệm vụ cảm ứng được
sức điện động nhất định, đồng thời cũng tham gia vào việc chế tạo
từ trường cần thiết cho sự biến đổi năng lượng điện có trong máy.
Các yêu cầu của dây quấn :
+ Đối với dây quấn điện trở và điện kháng của các pha bằng nhau
và của mạch nhánh song song cũng bằng nhau.
+ Dây quấn được thực hiện sao cho có thể đấu thành mạch nhánh
song song một cách dễ dàng. Dây quấn được chế tạo và thiết kế sao
cho tiết kiệm được lượng đồng, dễ chế tạo, sửa chữa, kết cấu chắc

15


chắn, chịu được ứng lực khi máy bị ngắn mạch đột ngột. Việc chọn
dây quấn stato phải thỏa mãn tính kinh tế và kỹ thuật:
+ Tính kinh tế: tiết kiệm vật liệu, vật liệu cách điện, thời gian lồng
dây.

+ Tính kỹ thuật: dễ thi công hạn chế những ảnh hưởng xấu đến đặc
tính của động cơ.
Từ yêu cầu trên ta chọn dây quấn một lớp đồng khuôn bối dây bước
ngắn. Tác dụng là để làm giảm lượng đồng sử dụng, khử sóng bậc
cao, giảm từ trường tản ở phần bối dây và trong rãnh stato, làm tăng
cosφ, và cải thiện đặc tính mở máy của động cơ, giảm tiếng ồn điện
từ lúc động cơ vận hành.
- Chọn dây quấn, số lớp là 2, gồm 1 nhánh song song, 1 sợi và loại
dây 0,5mm.
4.
Thiết kế rotor
4.1 Khe hở khơng khí
Khe hở khơng khí

g = 86, 75 − 84, 25 = 2,5(mm)

4.2
Độ dày nam châm
Chọn vật liệu từ cứng NdFeB-38,có mật độ từ dư là B r=1,255
T,Hc=11,7 kOe
Bδ = Br

Ta có

dm
= 0,782(T )
dm + g

Suy ra độ dày nam châm
1

d m = 4,1(mm)

2.2 Tính tốn trên phần mềm GNU Octave
Giới thiệu về GNU Octave
GNU Octave ( viết tắt là Octave ) là ngơn ngữ máy tính bậc cao ,
kiểu thơng dịch (interpreter ) , được thiết kế nhằm trợ giúp việc tính
tốn số (numerical computation ) trong lĩnh vực khoa học, kỹ thuật
và một số lĩnh vực khác .
Octave cung cấp các chương trình tiện ích, các hàm được lập sẵn để
giải các bài tốn thuộc đại số tuyến tính , giải tích số , hình học giải
tích, phân tích thống kê , xử lý số liệu thực nghiệm ...Octave còn
cung cấp các công cụ thể hiện nhiều loại đồ thị 2D, 3D rất phong
phú .
5.
Tính tốn trên GNU Octave
Code tính tốn:

16


Kết quả tính tốn

17


18


3. MÔ PHỎNG PMSG

Phần thiết kế này chủ yếu được thực hiện trên phần mềm Ansys
Electronic. Phần mềm này sử dụng chương trình phần tử hữu hạn
(FEM), cho phép trao đổi dữ liệu giữa quá trình thiết kế và quá trình
mơ phỏng.
1 Giới thiệu Ansys Electronic
Trong thế giới ngày nay của các thiết bị điện tử hiệu năng cao và các
hệ thống điện khí tiên tiến, những ảnh hưởng của các trường điện từ
trên các mạch và hệ thống không thể bỏ qua. Phần mềm ANSYS có
thể mơ phỏng độc đáo hiệu suất điện từ qua thiết kế thành phần,
mạch và hệ thống và có thể đánh giá nhiệt độ, độ rung và các hiệu
ứng cơ học quan trọng khác. Dịng thiết kế điện từ khơng đồng bộ
này giúp bạn đạt được thành công thiết kế hệ thống tiên tiến cho
các thiết bị điện tử tốc độ cao, các thành phần cơ điện và các hệ
thống điện tử. Ansys giúp bạn giải quyết các khía cạnh quan trọng
nhất trong thiết kế sản phẩm của bạn thông qua mô phỏng.
ANSYS Electronics là một nền tảng thống nhất cho các bài toán mô
phỏng ở cấp hệ thống, điện-từ trường, và mạch điện.
Trong phần thiết kế PMSG này,sẽ sử dụng tính năng RMxprt trong
Ansys .RMxprt giúp tính tốn nhanh chóng các hiệu suất máy, cho
phép người dùng đưa ra những quyết định về kích thước ban đầu và
thực hiện hàng trăm các kịch bản phân tích “Nếu-thì” chỉ trong một
vài giây.
6.
Các bước thiết lập thông số
2.1 Bắt đầu thiết lập thông số máy phát
Để thiết lập các thông số cần thiết cho máy phát, cần các loại máy
phát cơ bản nhất đã được thiết lập thành các mẫu. Tại màn hình
chính cần mở Machine type để chọn loại máy phát. Ở đây đối với
máy phát nam châm vĩnh cửu ta chọn Adjust-speed synchoronous
machine.

19


Hình 7 Bảng Machine type
2.2 Thiết lập thơng số chung
Các thông số lần lượt về số cực của máy phát, các đại lượng hao phí
và tốc độ tham chiếu được nhập vào trong bảng thơng số đầu tiên là
bảng machine.

Hình 8 Thông số máy phát
2.3 Thiết lập thông số stator
Các thơng số hình học của stator, hệ số xếp chồng, vật liệu, số
rãnh, loại rãnh… được nhập vào cửa sổ tiếp theo.

20


Hình 9 Thơng số của stator
Nhập các thơng số về độ dài để thiết lập hình dạng của rãnh cho loại
rãnh đã được chọn ở bước trên.

Hình 10 Thơng số rãnh stator
Thiết lập dạng dây quấn cho stator bằng các thông số về số lớp dây
quấn, kiểu quấn dây, số nhánh dây song song, số mạch định hướng
trên rãnh, số dây trên 1 ống, size của dây quấn.

21

Hình 11 Thơng số dây quấn
2.4 Thiết lập thơng số cho rotor

Hình 12 Thơng số rotor
Ở bảng trên cần phải chọn vật liệu cho rotor, mẫu máy phát này
được sử sụng loại thép M19-24G đã được thiết lập sẵn trong phần
mềm.
Nháy đúp vào Pole để điền các thông số

22


Hình 13 Thơng số của pole
2.5 Thiết lập thơng số về điện
Để mô phỏng máy phát, khi đã thiết lập xong các thơng số hình học,
cần thiết lập các thơng số về điện như tải quạt, công suất ra, điện áp
định mức, tốc độ quay định mức, nhiệt độ vận hành như sau:

Hình 14 Thơng số về điện
7. Phân tích (ANALYZE)
Như vậy, sau các bước thiết lập thông số trên chúng ta đã hoàn
thành thiết lập một máy phát.Chế độ analyze all giúp phân tích các

23


thơng số của máy, giúp tìm ra những điểm khơng hợp lý và thông
báo ngay trên phần massage manager.
3.1 Xuất ra thiết kế
a.Dạng 2d

Hình 15 Mặt cắt 2d của máy phát
Phần mềm này cho phép xuất ra dạng 2d của động cơ qua 1 mặt cắt
ngang. Mặt cắt ngang sẽ thể hiện các yếu tố quan trọng nhất của
động cơ như hình trên.
Các yếu tố quan trọng nhất được hiển thị trên hình như trục, rãnh
stator, rãnh rotor, lớp dây quấn. Các yếu tố này được thể hiện với tỉ
lệ đúng như các thông số đã thiết lập với độ chính xác rất cao, khi
zoom lên có thể đo được cả khe hở khơng khí giữa stator và rotor.
Các thành phần quan trọng của máy phát được chia ra rõ ràng từng
yếu tố và được sắp xếp theo sơ đồ cây ở ô cửa sổ bên cạnh.

24


Hình 16 Các thành phần của máy phát theo vật liệu
b.Dạng 3d

Hình 17 Dạng 3d của máy phát
Do hiển thị ở chế độ 3d nên độ chi tiết sẽ cao hơn so với xuất 2d, có
thể nhìn mọi thành phần cơ bản. Vì vậy, đi cùng với đó là biểu đồ
cây thể hiện từng thành phần cũng sẽ chi tiết hơn so với 2d. Các
thành phần bị che lấp bên trong có thể được nhìn thấy bằng cách ẩn
tạm thời các thành phần bên ngoài. Và tại giao diện này cũng cho
phép chỉnh sửa các chi tiết của stator, rotor dưới dạng hình học bằng
các cơng cụ vẽ 3d cơ bản

25