Thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN
BỘ MÔN THIẾT BỊ ĐIỆN
====o0o====

ĐỒ ÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
ĐỀ TÀI:
THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỒNG BỘ
NAM CHÂM VĨNH CỬU
Giáo viên hướng dẫn

: ThS. Nguyễn Việt Anh

Sinh viên thực hiện

: Hứa Trọng Khiêm
Trần Văn Cương
Nguyễn Trường Giang
Hoàng Thế Vũ

Lớp

: Điện 3 – k13

Hà nội, 2021


BỘ CƠNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐỒ ÁN MÔN HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐIỆN
Số: 22
1. Tên lớp: 20211EE6023006
2. Họ và tên sinh viên: Nhóm 22
STT

Họ và tên

Mã SV

Lớp

1

Trần Văn Cương

2018603949

2018DHDIEN03 - ĐH K13

2

Nguyễn Trường Giang

2018603940

2018DHDIEN03 - ĐH K13

3

Hứa Trọng Khiêm

2018604109

2018DHDIEN03 - ĐH K13

4

Hoàng Thế Vũ

2018603620

2018DHDIEN03 - ĐH K13

3. Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Việt Anh
NỘI DUNG
Đề tài: Thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) có cơng suất đầu trục Pđm
= 750 w, có số rãnh là 12 và số cực là 10, tốc độ định mức nđm = 600v/p, hiệu suất ŋ=0,8,
Điện áp một chiều Vdc=127 V.
YÊU CẦU THỰC HIỆN

A. Phần thuyết minh
1. Tính tốn kích thước chủ yếu.
2. Tính tốn stator, rotor.
3. Thuật tốn thiết kế sơ bộ động cơ PMSM.
4. Kết quả tính tốn giải tích.
5. Kết quả mô phỏng động cơ PMSM.

B. Bản vẽ kỹ thuật
STT

Tên bản vẽ

Khổ giấy

Số lượng

1

Sơ đồ hình trải dây quấn

A3

01

2

Sơ đồ lắp ráp động cơ

A3

01


Chương 1: Sơ lưc v động cơ đng bộ nam châm
vnh cu
1.1: Khái niệm v động cơ đng bộ nam châm vnh cu
Động cơ BLDC hay còn gọi là động cơ nam châm vĩnh cửu, là loại động

cơ có dạng sóng hình thang. Chính sức phản điện động có kết cấu dạng
hình thang này mới chính là yếu tố quyết định để xác định được 1 động
cơ BLDC. Thay cho sự chuyển mạch dòng phần ứng giống như các động
cơ một chiều thơng thường sử dụng chổi than cổ góp thì động cơ BLDC
lại sử dụng chuyển mạch điện từ.

Hình 1: Máy phát điện sử dụng động cơ nam châm vĩnh cửu


Do đó, các cuộn dây của phần ứng đặt trên stator giúp cho pm motor dễ
dàng dẫn nhiệt từ các cuộn dây đi ra ngoài vỏ, cũng như sử dụng các
phương pháp làm mát cưỡng bức khác nếu cần. Vì vậy, động cơ BLDC
có mật độ cơng suất lớn hơn hẳn so với động cơ 1 chiều truyền thống.
Động cơ 1 chiều nam châm vĩnh cửu không sử dụng chổi than BLDC từ
lâu đã đƣợc sử dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các hệ truyền động có
cơng suất nhỏ (từ vài W đến vài chục W) như trong các ổ đĩa quang,
động cơ nam châm vĩnh cửu máy giặt, quạt làm mát trong máy tính cá
nhân, các thiết bị văn phịng (máy in, máy scan,...). Trong các ứng dụng
đó, mạch điều khiển được chế tạo một cách đơn giản và có độ tin cậy
cao hơn.

1.2: Phân loai động cơ năm châm vnh cu
Theo thực tế, động cơ nam châm vĩnh cửu gồm có 2 loại:



Động cơ pm DC có kích từ bằng điện cùng với dải cơng suất lớn.
Động cơ pm DC với dải công suất nhỏ.

Theo kết cấu, động cơ pm DC có thể chia thành:




Máy điện đồng bộ có cực ẩn
Máy điện đồng bộ có cực lồi.

Theo chức năng:




Máy phát điện đồng bộ
Động cơ điện đồng bộ
Máy bù đồng bộ.


1.3 : Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ nam châm
vnh cu
1.3.1 : Cấu tạo pm motor
Stator của nam châm vĩnh cửu bên trong động cơ pm DC như đã được chỉ
ra từ trong chính cái tên của động cơ DC: Cực trường của động cơ này
thường được làm bằng 1 thanh nam châm vĩnh cửu. Một động cơ pm DC
sẽ bao gồm 2 phần, 1 stator và 1 armature.
Ở đây, các stator chính là một xi lanh thép, còn các nam châm lại được
gắn kết trong chu vi, tức là mặt trong của chiếc xi lanh này. Các nam châm
vĩnh cửu thường được gắn kết theo cách tương tự như đầu N và cực S của
mỗi thanh nam châm được quay về mặt nạ của động cơ.
Rotor của động cơ pm DC cũng có cấu tạo tương tự giống như động cơ
DC khác. Rôto hay là bộ phận của động cơ DC chạy bằng nam châm
vĩnh cửu cũng bao gồm các phần như: cốt lõi, cuộn dây cùng với bộ

chuyển mạch. Lõi gia cố của động cơ được làm bằng 1 lớp sơn cách điện
và được cách li mỏng 1 lớp nữa bằng thép. Bằng cách cố định chặt các
tấm thép tròn vào 1 chỗ, 1 chiếc lõi hình trụ có khe lúc này cũng được
hình thành.


Các tấm thép mỏng, có độ bóng và cách điện được sử dụng để làm giảm
tổn hao của dòng điện dịng xốy bên trong phần cố định của thiết bị
động cơ DC nam châm vĩnh cửu. Các khe này nằm ở ngoại vi phía mặt
ngồi của chiếc lõi phần ứng dụng, chúng thường được sử dụng để làm
dây dẫn cuộn dây cho phần vỏ ở trong đó.
Các dây dẫn cuộn nối được kết nối theo cách thích hợp làm tăng cuộn
dây phần ứng. Các đầu cuối của cuộn dây được kết nối với các bộ phận
chuyển mạch đặt trên trục động cơ.
Giống như các động cơ DC khác, 1 lớp carbon hoặc than chì khác sẽ
được đặt cùng với áp suất lò xo ở trên các phân đoạn của bộ phận
chuyển mạch nhằm mục đích cung cấp dịng điện lên cho phần mềm.
1.3.2. Nguyên lý làm việc
PMSM là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu do đó hoạt động của nó
như sau: khi cấp 3 dịng điện hình sin vào 3 cuộn dây stator sẽ xuất hiện
từ trường quay với tốc độ ntt = 60f/p, trong đó f- tần số biến thiên của
dịng điện, p – số đơi cực. Do từ trường của nam châm vĩnh cửu là từ
trường không đổi không quay, sự tác động giữa từ trường quay với từ
trường không đổi tạo mô men dao động, giá trị trung bình của mơ men
này có giá trị 0. Để máy điện có thể làm việc được phải quay nam châm
vĩnh cửu tới tốc độ bằng tốc độ từ trường, lúc này mơ men trung bình của
động cơ sẽ khác 0. Việc đưa nam châm vĩnh cửu tới tốc độ từ trường là
phương pháp khởi động động cơ đồng bộ thường mà ta đã nghiên cứu
trước đây. Do đó khởi động bằng máy lai ngồi, phương pháp này đắt tiền,
cồng kềnh nên rất ít khi sử dụng. Phương pháp hay dùng nhất đó là phương

pháp khởi động dị bộ. Lúc này mới đặt tải lên động cơ. Như vậy máy đồng
bộ nam châm vĩnh cửu có nam châm quay đồng bộ với từ trường quay,
hoặc quay với tốc độ đồng bộ.


1.3.4. Nhng ưu nhưc đim của động cơ đng bộ nam châm vnh
cu
Động cơ nam châm vĩnh cửu DC hay còn gọi là động cơ pm DC hoạt
động theo nguyên tắc của nam châm vĩnh cửu, dựa trên một thực tế là
bất cứ khi nào một dây dẫn mang dòng điện hiện tại được đặt trong 1 từ
trường thì sẽ có lực cơ học chạy qua dây dẫn đó. Tất cả các loại động cơ
DC thông thường chỉ hoạt động theo nguyên tắc này. Do đó, để có thể
xây dựng được 1 động cơ DC, chúng ta cần phải thiết lập 1 từ trường.
Từ trường vừa được thiết lập bằng các nam châm, cịn nam châm có thể
chọn bất kỳ loại nào, có thể là nam châm vĩnh cửu hoặc loại khác. Khi
nam châm vĩnh cửu được chúng ta sử dụng để tạo ra từ trường trong
động cơ DC thì động cơ sẽ được gọi là động cơ DC nam châm vĩnh cửu
hoặc gọi tắt là động cơ pm DC.
Ưu Điểm :








Động cơ pm DC không cần sắp xếp để kích thích từ trường. Đồng
thời, khơng có cơng suất đầu vào của mạch tiêu thụ để giúp kích
thích làm tăng cường hiệu suất cho động cơ DC.

Động cơ pm DC khơng có cuộn dây từ trường, do vậy khơng gian
dành cho cuộn dây trường được cũng sẽ được thu hẹp lại làm giảm
kích thước của tổng thể động cơ.
Động cơ pm DC có mức chi phí rẻ hơn và tiết kiệm hơn cho dành
cho các ứng dụng xếp hạng kW phân số.
Có mức chi phí rẻ và tiết kiệm

Nhưc Đim :


Trong trường hợp này, có thể thấy được, động cơ DC sẽ khơng
được bù lại, do đó cường độ từ trường của động cơ có thể bị suy
yếu đi do phản ứng dị ứng có thể gây mài mờ.






Ngồi ra, động cơ pm DC cịn có một cơ hội nhận được các cực từ
bán dẫn vĩnh viễn (hoặc một phần) do dòng điện áp được tăng lên
quá nhiều trong q trình khởi động, làm đảo ngược dịng điện
cũng như tình trạng quá tải của động cơ.
Một bất lợi lớn khác rất dễ thấy của động cơ pm DC là, từ trường
trong khoảng cách khơng khí được xem là cố định và giới hạn nên
nó khơng thể kiểm sốt được từ bên ngồi. Do đó, việc kiểm sốt
tốc độ của động cơ pm DC trong loại động cơ này là rất khó.


Chương 2: Yêu cầu thiết kế và lựa chọn phương

án kết cấu
2.1 : Yêu cầu
Theo yêu cầu thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu PMSM có
cơng suất đầu trục Pđm= 750 w, có số rãnh là 12 và số cực là 10, tốc độ
định mức nđm= 600v/p, hiệu suất n=0,8, điện áp một chiều Vdc=127V.
Bên cạnh đó thì thiết kế động cơ cần hoạt động chính xác, ít gây ra tiếng
ồn.
Theo kết cấu của động cơ ta có thể chia động cơ đồng bộ nam châm vĩnh
cửu thành 2 loại: Động cơ cực ẩn và động cơ cực lồi mà ta xét dưới đây
có thể thấy rõ đặc điểm cấu tạo của từng loại máy này.

2.2 : Phân tích các loại động cơ đng bộ nam châm vnh cu
và đưa ra lựa chọn
2.2.1 : Động cơ đng bộ nam châm vnh cu cực li
Cấu tạo gồm 2 phần chính là roto và stato:
* Stato của máy điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu gồm hai bộ phận chính
là lõi thép và dây quấn ngồi ra cịn có vỏ máy và nắp máy. Lõi thép stato
gồm các lá thép kỹ thuật điện (tôn silic dày 0,5mm) 2 mặt được phủ lớp
sơn cách điện được dập rãnh bên trong sau đó được ghép lại 15 với nhau
tạo thành những hình trụ rỗng , bên mặt trong tạo thành các rãnh theo
hướng trục để đặt dây quấn . Dọc chiều dài của lõi thép stator cư cách
khoảng 3 -6 cm lại có một khoảng thơng gió ngang trục rộng 10mm. Lõi
thép stato được đặt cố định trong thân máy . Thân máy phải được thiết kế
sao cho hình thành một hệ thống thơng gió làm mát máy tốt nhất. Nắp
máy thường được chế tạo bằng gang đúc, thép tấm hoặc nhôm đúc. Dây
quấn stator thường được chế tạo bằng đồng có tiết diện hình trịn hoặc chữ
nhật, bề mặt dược phủ một lớp cách điện, được quấn thành từng bối và


lồng vào các rãnh của lõi thép stator, được đấu nối theo qui luật nhất định

tạo thành sơ đồ hình sao hoặc tam giác.
* Roto máy điện cực lồi thường có tốc độ quay thấp nên dường kính roto
có thể lớn trong khi chiều dài lại nhỏ. Roto thường là đĩa nhơm hay nhựa
trọng lượng nhẹ có độ bền cao. Các nam châm được gắn chìm trong đĩa
này . Các loại máy này thường được goi là máy từ trường hướng trục. Loại
này thường sử dụng trong kỹ thuật robot.

Hình 1.10 động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực lồi
2.2.1 : Động cơ đng bộ nam châm vnh cu cực ẩn
* Stator động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực ẩn tương tự như động
cơ cực lồi
* Roto của máy điện cực ẩn thường làm bằng thép hợp kim chất lượng
cao, được rèn bằng khối trụ sau đó gia công phay rãnh để đặt các thanh
nam châm. Khi các thanh nam châm ẩn trong rơt thì có thể đạt được cẩu
trúc cơ học bền vững hơn. Kiểu này thường được sử dụng trong các động
cơ cao tốc. Tốc độ loại này thường cao nên để hạn chế lực li tâm roto
thường có dạng hình trrongs với tỷ số “chiều dài/ đường kính “ lớn. Máy


này được gọi là máy từ trường hướng kính, nó thường được sử dụng trong
các máy công cụ. Tuy nhiên với cấu trúc nam châm vĩnh cửu chìm, máy
khơng thể dược gọi là khe hở khơng khí đều. Trong trường hợp này các
thanh nam châm được lắp bên trong lõi thép roto về mặt vật lí coi là khơng
có sự thay đổi nào của hình học bề mặt nam châm . Mỗi nam châm được
bọc bởi một mảng cực thép nên nó làm mạch từ của máy thay đổi khá
mạnh , vì do các mảng cực thép này tạo ra các đường dẫn từ sao cho từ
thông cắt ngang các cực này và cả khơng gian vng góc với từ thơng
nam châm. Do đó hiệu ứng cực lồi là rõ ràng và nó làm thay đổi cơ chế
sản sinh momen của máy điện.

Hình 1.11 Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu cực ẩn

Với yêu cầu của truyền động servo và truyền động phải êm, do đó cần
phải hạn chế momen răng và momen đập mạch do các sóng hài không
gian và thời gian sinh ra. Để đạt được điều này người ta thường tạo hình
cho các nam châm , uốn nam châm lượn chéo theo trục roto, uốn rãnh và
dây quấn stattro kết hợp với tính tốn số răng và kích thước của nam châm
. Kỹ thuật tạo ra các roto xiên là khá đắt tiền và phức tạp. Trong điều kiện
bình thường của truyền động secvo , nếu momen điều hịa răng cỡ 2%
momen định mức thì có thể coi là chấp nhận được . Tuy nhiên có thể hạn
chế được đa số các momen điều hòa răng trong truyền động động cơ đồng


bộ nam châm vĩnh cửu cấp từ bộ biến đổi bằng cách sử dụng bộ biến đổi
chất lượng cao và các bộ điều khiển có chứa các phần tử đo chính xác các
thơng số hoạt động như tốc độ, vị trí của động cơ. Trong các máy điện
nam châm vĩnh cửu kinh điển , trên stattor có các răng , ngày nay ta có
thể chế tạo stato khơng răng . Trong trường hợp này dây quấn stato được
chế tạo từ bên ngồi sau đó được lồng vào và định vị trong stato. Máy
điện như vậy sẽ không đập mạch ở chế độ thấp và tổn thất sẽ giảm, tăng
được không gian hơn cho dây quấn statto nên có thể sử dụng dây quấn tiết
diện lớn hơn và tăng dòng định mức của máy điện do đó tăng được cơng
suất của máy . Nhưng khe hở khơng khí lớn gây bất lợi cho từ thông khe
hở nên phải chế tạo roto có đường kính lớn hơn và có bề mặt nam châm
lớn hơn. Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu có nhiều kiểu roto khác
nhau. Dưới đây là 3 kiểu thường gặp trong thực tế:

Hình 1.12 Các kiểu rotor máy điện đồng bộ cực ẩn

Động cơ nam châm cực ẩn (Interior -IPMSM) có những ưu điểm so

với động cơ nam châm cực lồi (Surface-SPMSM) như: khả năng tạo ra
mômen lớn hơn, cho phép tốc độ làm việc cao hơn, điều chỉnh từ
thơng được nhiều hơn, vì vậy sẽ có nhiều ưu điểm trong điều khiển. Vì
vậy sẽ chọn phương án kết cấu theo kiểu IPMSM (động cơ nam châm cực
ẩn).


Chương 3: Tính tốn các kích thước cơ bản
U CẦU :Thiết kế động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu (PMSM) có
cơng suất đầu trục Pđm = 750 w, có số rãnh là 12 và số cực là 10, tốc độ
định mức nđm = 600v/p, hiệu suất ŋ=0,8, Điện áp một chiều Vdc=127 V.

3.1 Tính tốn tham số stator
+ Đường kính ngồi (cm) lõi thép stator:
Ps
1,56
Dn =14,9
=14,9.
=5,71(cm)
3 0,5.150.0.9
3 B .A.λ
δ
Trong đó :
- Ps là cơng suất biểu kiến (VA).
P
750
 1,56 (w)
Ps  dm 
η.cosφ 600.0,8
- Pdm là công suất cơ định mức và η là hiệu suất động cơ.

- λ là tỷ số giữa chiều dài lõi thép với bước cực.

λ=

1
t

λ =0,8 -1,5 Ta lấy λ =0.9
- A là tải đường của stator (A/cm)
A=150 (A/cm)
- Bδ : mật độ từ thơng khe hở khơng khí (T)
Bδ =0,5 (T)
+ Đường kính trong lõi thép stator:
D=k D .Dn  0,55.5, 71  3,14  cm 
Trong đó : k D là hệ số kết cấu
Ta lấy k D =0,55


+ Bước cực

τ=

π.D 3,14.3,14

 0.99
2p
2.5

Trong đó : p là số cặp cực
+ Chiều dài lõi thép

l=λ.τ=0,9.0,99=0,891(cm)
+ Khe hở khơng khí (mm)

δ=0,2+

D
314
 0,2 
 1,77(mm )
200
200

+ Số rãnh của stator
Z s  2.m. p.q
Với m là số pha; q là số rãnh cho một pha dưới một cực từ.

+ Số vòng dây mỗi pha

Wf 

Udm .ke .108
4.k s . f . .kdq

Trong đó :
- ks là hệ số song, ks =1,1
- ke =

U dm
Edm

Với U dm và E dm là điện áp định mức và sức điện động định mức
- là từ thơng khe khơng khí

   . .l.B
Với   là hệ số cung cực từ tính tốn ,   =0.6
+ Số thanh dẫn trong một rãnh
W .a
Us  s
q. p


a là số mạch nhánh song song
+ Tiết diện dây quấn

I dm
!!
a .J .n

Ss 
Trong đó :
I dm là dịng điện định mức

J là mật độ dòng điện , J =6 (A/ mm2 )
n!! là số sợi chập

3.2 Tính tốn tham số rotor
+ đường kính ngồi rotor
Dr  D  2.  1.5
+ Chiều cao nam châm

hm 

B g .
B g  Br

Trong đó :

Bg là mật đọ từ thơng khe hở khơng khí
Br là mật độ từ dư nam châm vĩnh cửu
+ Thể tích của nam châm

Vm =c v

pdm
f.B r.H c

Trong đó

Hc là lực kháng từ (A/m);
f là tần số dịng điện stator

cv là hệ số thể tích nam châm
+ Chiều cao của nam châm

hm 

Vm
4.wm .lm

3.3 Thơng kê kết quả tính tốn
Tên thơng số
Đường kính ngồi stator
Đường kính trong stator
Khe hở khơng khí
Chiều dài mạch từ stator
Số rãnh stator
Chiều cao rãnh stator
Khoảng cách rãnh stator
Độ rộng miệng của rãnh stator
Số vịng dây
Số sợi chập
Đường kính day
Đường kính ngồi rotor
Đường kính trong rotor
Chiều rộng nam châm
Chiều cao nam châm

Giá trị
571
314
1,77
100
36
14,7
5
2,2
232
8
0,75

150
85
60
5,6

Đơn vị
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm
mm


Chương 4 : Mô phỏng động cơ PMSM
4.1 Mô phỏng LSPMSM s dụng MATLAB/Simulink

Hình . Khối tính tốn mơmen

Hình 5. Khối tính tốn dịng điện trục d-q


Hình 6. Khối biến đổi Vabc sang Vdq

Hình 7. Khối tính tốn dịng điện I dr

Ứng dụng Mathlab/Simulink để mơ phỏng các đặc tính làm việc của
LSPMSM từ mơ hình toán của động cơ tại mục
2.1 trên. Tổng hợp một số module được sử dụng trong q trình mơ
phỏng như hình 4 ÷ 7.
4.2 Ứng dụng mơ hình tốn với LSPMSM th nghiệm
Trong bài báo này, ta sẽ không làm giảm đi tính tổng qt khi lựa chọn mơ
phỏng một động cơ thử nghiệm 2,2 kW, 3 pha, 4 cực. Trong đó, phần rơto sẽ
được cải tạo từ động cơ không đồng bộ 2,2kW-3K112S4 của Công ty Cổ
phần chế tạo điện cơ Hà Nội (hình 8).
Các thơng số của LSPMSM 2,2kW thử nghiệm (điện cảm tản stato, điện
cảm tản rôto quy đổi, điệm cảm đồng bộ từhóa ngang trục, dọc trục,…)
được tính tốn dựa trên cáccấu hình stato, rơto, kích thước và vị trí đặt các
thanh NCVC. Tổng kết lại, các thông số LSPMSM 2,2kW thử nghiệm được
xác định tại bảng 1.


x
Hình 8. Cấu tạo rơto LSPMSM th nghiệm Bảng 1. Các thơng số của LSPMSM th nghiệm
Tham số
Đường kích trong stato
Số rãnh stato
Số rãnh roto
Chiều dài khe hở khơng khí

Đơn vị
Mm



Giá trị
314
36
28
0,5

Tần số nguồn

F

50

Hz

Điện trở stato

Rr

Điệm cảm tản stato
Điện cảm tản lồng
sóc roto quy đổi

Lls

3,6
13

mH

L1r

13,2

mH

Lmd

28,4

mH

Lmq

131

mH

Br
J

1,1
0,03

T
Kg.m3

Mdm

14

N.m

Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc
trục
Điện cảm từ hóa đồng bộ ngang
trục
Mật độ từ thơng dư NCVC
Momen quán tính roto động cơ
Momen tải định mức

Ký hiệu
Dm

Mm



Mô phỏng LSPMSM với MATLAB/Simulink


Hình 9. Các đặc tính mơ phỏng LSPMSM th nghiệm


Ứng dụng MATLAB/Simulink với các sơ đồ khối được lập trình để mơ
phỏng LSPMSM 2,2kW thử nghiệm. Các thơng số của LSPMSM thử
nghiệm được xác định ở bảng 1. Thông qua kết quả là các đặc tính làm việc,
q trình mô phỏng sẽ cho phép đánh giá khảnăng làm việc của động cơ.
Cụ thể là người sử dụng có thể nghiên cứu và đánh giá các quá trình biến đổi
năng lượng, các đặc tính làm việc (tốc độ, dịng điện, mơmen,…). Đối với

LSPMSM đã xác định là khó khăn trong việc khởi động. Như vậy, từ đặc tính
tốc độ mơ phỏng thu được có thể đánh giá được q trình khởi động động
cơ: khả năng, chất lượng khởi động, thời gian để động cơ đi vào vận hành
ổn định. Sau khi mơ phỏng LSPMSM thử nghiệm, các đặc tính làm việc
kết quả được thể hiện ở hình 9.
Từ kết quả mơ phỏng, có thể nhận thấy rằng LSPMSM 2,2kW thử
nghiệm có khả năng khởi động với mơmen tải đặt bằng giá trị định mức.
Thời gian khởi động của động cơ mất 0,6s sau đó đi vào ổn định. Dịng
điện cực đại imax khoảng 40A, bội số dòng điện khởi động gấp 10 lần dịng
điện định mức. Từ đường đặc tính tốc độ mơ phỏng cũng cho thấy
LSPMSM khởi động khó khăn, trong quá trình khởi động xuất hiện nhiều
đoạn giảm tốc (10 đoạn).


Hình 10. Chia lưới và mơ phỏng đường đi của từ thông LSPMSM với ANSYS/Maxwell 2D

Bên cạnh mô phỏng LSPMSM thực nghiệm nghiệm với
MATLAB/Simulink, nhóm cũng tiến hành mơ phỏng LSPMSM thực
nghiệm với phần mềm sửa dụng phương pháp phần tử hữu hạn
ANSYS/MAXWELL 2D. Một số hình ảnh khi mơ phỏng LSPMSM 2,2
kW thực nghiệm như hình 10.
Đặc tính tốc độ khởi dộng thu được từ hai phương pháp mô phỏng sẽ so
sánh với nhau tại hình 11.


Hình 11. Đặc tính tốc độ LSPMSM đưc mơ phỏng với ANSYS/Maxwell 2D và MATLAB/Simulink

Kết quả từ hình 11 cho thấy đường đặc tính tốc độ LSPMSM 2,2kW
thu được từ hai phương pháp: mơ phỏng từ mơ hình tốn với
MATLAB/Simulink và mô phỏng bằng phần mềm ANSYS/Maxwell 2D

là tương đồng. Cả hai phương pháp đều có đường đặc tính tốc độ với tải
định mức Mtải = 14N.m sau 0,5s sẽ vào đồng bộ, bên cạnh đó đểđạt đến tốc
độ đồng bộ (1.500 vg/ph) lần đầu LSPMSM trải qua 5 lần giảm tốc. Tuy
nhiên, mơ phỏng với MATLAB/Simulink có ưu điểm là thời gian mô phỏng
nhanh hơn so với phương pháp mô phỏng với ANSYS/Maxwell 2D. Theo
thống kê, MATLAB/Simulink mô phỏng đặc tính tốc độ trong khoảng
thời gian 1s sẽ mất 30s để tính tốn, trong khi đó với ANSYS/Maxwell
2D sẽ mất khoảng 45 phút. Như vậy, thời gian mô phỏng với
MATLAB/Simulink trong trường hợp này nhanh hơn rất nhiều so với
phương pháp mô phỏng với ANSYS/Maxwell 2D.


KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã đưa ra mơ hình tốn và mô phỏng LSPMSM với
MATLAB/Simulink. Các kết quả mô phỏng thu được là các đặc tính của
LSPMSM trong q trình làm việc như: tốc độ, dịng điện, mơmen, độ
trượt,…. Bên cạnh đó, bài báo cũng trình bày so sánh kết quả thu được với
phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn để mô phỏng động
cơ. Kết quả cho thấy sự tương đồng. Tuy nhiên mô phỏng LSPMSM với
MATLAB/Simulink sẽ cho tốc độ tính tốn nhanh hơn.
Từ kết quả có thể nhận thấy mơ hình tốn và mơ phỏng LSPMSM bằng
Matlab/Simulink là một trong những công cụ hữu hiệu khi nghiên cứu
và ứng dụng động cơ trong thực tế. Với mơ hình này, các nhà thiết kế có
thể đánh giá sơ bộ khả năng làm việc của máy điện, từ đó có những điều
chỉnh cần thiết cho phù hợp. Đối với các nahf nghiên cứu, công cụ này
sẽ là tiền đề đi sâu phân tích các đặc tính, thơng số của LSPMSM cần
quan tâm, Ngồi ra, mơ hình tốn này s ẽ là một nền tảng để tích hợp
trong các sơ đồ điều khiển quá trình khi động cơ ứng dụng trong các khối
điều khiển