Tìm hiểu động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu. Nêu các địa chỉ ứng dụng của động cơ (Đồ án tốt nghiệp)

B

GIÁO D

O

I H C DÂN L P H I PHÒNG

ISO 9001:2008

TÌM HI

NG B
A CH

ÁN T T NGHI
NT

NG D NG C

I H C H CHÍNH QUY
NG CÔNG NGHI P

H I PHÒNG - 2017

U.


B

GIÁO D

O

I H C DÂN L P H I PHÒNG

TÌM HI

NG B
A CH

ÁN T T NGHI
NT

U.

NG D NG C

I H C H CHÍNH QUY
NG CÔNG NGHI P

ng
ng d n: GS.TSKH Thân Ng c Hoàn

H I PHÒNG - 2017


C ng hoà xã h i ch
cl p

T Do

t Nam
H nh Phúc

----------------o0o----------------B

GIÁO D

O

I H C DÂN L P H I PHÒNG

NHI M V

Sinh viên :
L p:

ng
01-

tài : Tìm hi
a ch

TÀI T T NGHI P

ng d ng c

nT

MSV : 1312102024

ng Công Nghi p
ng b

u. Nêu


NHI M V

TÀI

1. N i dung và các yêu c u c n gi i quy t trong nhi m v

tài t t nghi p

(v lý lu n, th c ti n, các s li u c n tính toán và các b n v ).
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

2. Các s li u c n thi

thi t k , tính toán

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................
.............................................................................................................................

m th c t p t t nghi p
.............................................................................................................................


NG D

CÁC CÁN B

TÀI T T NGHI P

ng d n th nh t:
H và tên

:

Thân Ng c Hoàn

H c hàm, h c v

:

GS.TSKH

:
N

i h c dân l p H i Phòng

ng d n :

Toàn b

tài

ng d n th hai:
H và tên

:

H c hàm, h c v

:
:

N

ng d n :
tài t t nghi

7

Yêu c u ph

7
n nhi m v

mv

Sinh viên

Cán b

ng

ng d

GS.TSKH Thân Ng c Hoàn

H i Phòng, n
HI

NG

N H U NGH


PH N NH N XÉT TÓM T T C A CÁN B
1.Tinh th

c

NG D N

tài t t nghi p.

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
ng c

i n i dung yêu c

nhi m v
ch

ra trong

t lý lu n th c ti n, tính toán giá tr s d ng,

ng các b n v ..)

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

m c a cán b

ng d n

m ghi b ng s và ch )
7
Cán b

ng d n chính

(Ký và ghi rõ h tên)


NH

I CH M PH N BI N
TÀI T T NGHI P
tài t t nghi p v các m t thu th p và phân tích s

li

lý lu n ch

thuy t minh và b n v , giá tr lý lu n và th c ti

ng
tài.

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................

..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
..........................................................................................................................
m c a cán b ch m ph n bi n
m ghi b ng s và ch )
7
i ch m ph n bi n
(Ký và ghi rõ h tên)


M CL C
L IM

U .................................................................................. 1
..................................................................................... 2

C U T O VÀ NGUYÊN LÝ HO

NG C

N

NG B . ....................................................................................... 2
1.1. KHÁI NI

NG B ............................................... 2

1.2. PHÂN LO

NG B ................................................ 2
NG B

1.3.2. Nguyên lý ho

CÓ CU N KÍCH T ................................ 3

ng. .................................................................... 4

1.3.3. Tính ch t c

ng b có cu n kích t ............................... 5

thay th

ng b có cu n kích t . ............ 5

c tính c

ng b có cu n kích t . ......... 6

1.3.3.3. Ph n ng ph n ng c

ng b . ............. 10

NG B

U. ....................... 13

1.4.1 C u t o. ......................................................................................... 13

1.4.2. Nguyên lý ho
1.4.3. Tính ch t c

ng b

u c c l i..................... 14

ng b

u c c n..................... 16

ng c

................................ 18
.................................................. 18

1.4.3.1. Mô hình toán c a PMSM. ................................................... 18
1.4.3.2. Kh
1.4.3.3. So sánh gi

ng b

u. ........... 20
ng b

ng b

u........................................................................... 27


1.5. K T LU

.................................................................. 28

................................................................................... 30
U KHI

NG B

C U. ............................................................................................... 30
2.1. KHÁI NI M ....................................................................................... 30
2.2. CÁC LO I C M BI

............................................. 30

2.2.1. Máy phát t c. ................................................................................... 30
2.2.2. Encoder. ....................................................................................... 31
2.2.3. Resolver (b gi i mã) thi t b phân tích. ................................... 34
2.3.2. B

u khi n d i tr ................................................................... 37

2.3.3. B

u ch nh PWM. ................................................................... 40

2.3.4. Bi n t n. ....................................................................................... 41
2.4. K T LU

.................................................................. 43

................................................................................... 44
NG D NG C

....................................... 44

3.1. M

U. ............................................................................................ 44

3.2. CÁC

NG D NG C A PMSM. ...................................................... 45

3.3. M T VÀI VÍ D

NG D NG PMSM. .......................................... 45

3.3.1.

ng d

n [3]. ......................................................... 45

3.3.2.

ng d ng cho máy nén khí. ....................................................... 47

3.3.3.

ng d

u máy toa xe................................................... 48

.................................................................................... 49
TÀI LI U THAM KH O ............................................................ 50


L IM

U

ng b

u là thi t b

trong công nghi p và có r t nhi
s d ng cho truy
lo

nt

c

m so v i các lo

n xoay chi
i ph

n

v n hành t t các

i ng k

chuyên môn cao. Là

ng công nghi p, em hi

n trong th i kì công nghi p hóa
t t t nghi
ng d

n s d ng r ng rãi

c vai trò quan tr ng

hi

c th y giáo GS.TSKH Thân Ng c Hoàn

án t t nghi p v

a ch

tài:

Tìm hi

ng b nam
.

ng d ng c

tài g
u t o và nguyên lý ho
u khi
a ch

ng b
ng d ng c

u.

1

ng c

ng b .
c u.

ng b nam châm

C U T O VÀ NGUYÊN LÝ HO

NG C

N

NG B .
1.1. KHÁI NI

N

NG B .

ng b là lo
b ng t

quay c a t

n xoay chi u có t

quay c a rotor

ng. H u h

ng b làm vi

máy phát có t n s 50Hz ho

ng b

ng b công su t l

làm vi c

ng b

c dùng làm

ng b nh m c i thi n h s công su t c a l

n m t xí nghi p

hay m t nhà máy.
S

n gi

ng b

o ra t

ng b là

ng chính cho máy.

t

ng b

n m t chi u ch y qua cu n dây kích

t ,

ng b không c n l y công su t ph n kháng t

chi

n xoay

ng b ph i l y công su t kháng t

xoay chi u ho c t t

t o ra t

1.2. PHÂN LO

N

n
-

ng chính (t

ng quay).

NG B .

ng b phân lo i theo m ch kích t

n

c chia thành:

ng b có cu n kích t
n kích t

cg

tr

uc cl
t

n

i, g m
khoác rotor v i

ng stator và làm rotor quay v i t
-

n

ng b không có cu n kích t

ng b .
ng b nam châm

u)

n kích t

tên g

u

không ch i quét. Thi t k này s d ng m t rotor có ch a các nam châm

2


c u. Các nam châm này có th

c l p trên b m t ho c ráp

u là các c c l i và giúp lo i b s
N

NG B

CÓ CU N KÍCH T .

1.3.1. C u t o.

ng b có cu n kích t

Hình 1.1
Stato
-

-

Roto

-

khí).
-

3

phía
t.


.
-

-

- 5mm.
1.3

.
Trên hình 1.1 bi u di

Cu n dây ph n
kích t

t

ng b 3 pha 2 c c.

stator còn cu n dây kích t

t

rotor. Cu n dây

c n i v i ngu n dòng m t chi u qua h th ng ch i than.
nh

nhau 1200

t 3 cu n dây cách
cn

n m t chi u t o ra t

Bây gi ta g n vào tr c roto m
m tt

i.
it

c

ng quay tròn có t thông khép kín qua rotor, c c t và lõi thép

stator ( hình 1.1 ).

T thông c a t

ng quay c t các thanh d n ph n ng, làm xu t hi n

trong 3 cu
EA=Emsin t;
EB= Emsin( t-

);

EC= Emsin( t+

);

n s bi n thiên c
t n s bi n thiên f c

=2 f. N u s c p c c là p thì

n s là:
f=

(1.1)

4


Nh n th y t n s bi n thiên c
c a rotor và s

n ph thu c vào t

quay

c.

N u bây gi t i 3 pha c

n b ng 3 t

i x ng, s có dòng 3

i x ng.
Theo nguyên lý t o t
t hi n t

ng quay nên trong máy

ng quay mà t

ng b lúc này

chính xác b ng bi u th c:

ntt =
Thay (1.1) vào (1.2

c n = ntt

quay c a rotor và t

quay c a t

(1.2)
y,

ng b , t

ng b ng nhau. Hai t

ng này

tr ng thái ngh v i nhau.
1.3.3. Tính ch t c a máy
1.3.3.1.

ng b có cu n kích t .

thay th

n

ng b có cu n kích t .

nghiên c

nt x

và xây d

i

ng s d

thay

th m t pha v i các gi thi t sau:
- Ba pha c

ix

n áp ngu

i

x ng.
- Các thông s c

thu c vào nhi t

n tr là h ng s , m ch t không bão h
i ).
-

n m t chi u kích t

i.

- B qua các hao t
- B qua

n ph .

ng c a t

ng b c cao trong máy.

- Khi mô t
ph c, ta có

n
n áp cho m i pha c

sau:
U= E + I(R + JX) (1.3)

5

d ng các vectow
ng b


U

n áp pha

E=

w.N.

I

-s

ng trong dây qu n ph n ng

n ch y trong m ch ph n ng

R

n tr ph n ng

X

n kháng ph n ng

T

thay th m t pha c

ng b

Hình 1.2.
1.3.3.2

c tính c

thay th c
n

ng b

ng b có cu n kích t .
ng b vào ngu

s f1

quay v i t

i là t
1

6

ng b :

= 2 f1/p

Trong ph m vi moment cho phép M
i.

n xoay chi u có t n

MMax

ng tuy t


ng b

Hình 1.3
t quá tr s Mmax thì t
Trong h truy

m

ng b

i ta còn s d

ng b .
c tính

góc: M = f( ).
c tính góc bi u di n m i quan h gi a moment c
l ch c

n và vecto s

dây qu n stator do t

i góc
ng c m ng trong

ng m t chi u sinh ra.

T

)n ub

T

th vector hình 1.4 ta có:

n tr R c

U.cos = Ecos( - ) mà cos( - ) =
c:
Ucos = E
UIcos =

7

th


th vector c

Hình1.4

ng b

Vì UIcos là công su t m t pha c

t 3 pha c a

P=3
Moment c
M=

=

c tính góc c
c tính góc ta th y, khi

=

ng b
tc

ng

i:

Mmax = 3
Moment Mmax

i c

ch
ng làm vi
M

=

u
nh m c v i
=2

>

thì moment l i gi
= 200

2,5

8

i
ng b

300. H s quá t i v moment:


Hình 1.5
Quá trình phân tích
ng

c tính góc c

ng b

trên ch

ng b c c n. V i

ng b c c l i do s phân b khe h không khí gi a rotor và stator
u nên trên máy xu t hi n moment ph n kháng ph

c

tính goc có d ng sau:

ng cong bi u di n M s là t ng c a hai thành ph n:

th

c tính góc bi u di n M1, M2 b

v i máy c c n Xd = Xq nên M2 = 0 và M = M1
nên có th b

c tính góc c

nhau.

9

i
ng M2 r t nh
c l i và c c


1.3.3.3. Ph n ng ph n ng c

ng b .

Nguyên lý làm vi c c

ng b

nguyên lý làm vi c c

ng b

trong máy phát có 2 t
n m

ng là t

ng b có t i,

ng kích t và t

ng ph n ng,

tr ng thái ngh v i nhau nên chúng s
S

ng t

v i nhau.

ng ph n ng lên t

ng kích t g i là ph n ng

ph n ng.
Ph n ng ph n ng có th làm y

c làm bi n d ng t

ng chính.
a. Khi t i thu n tr .
Khi v
t giá tr c

1.6a, trong các dây d n c
i I = Im

t giá tr c

n

i e = Em, vì t i thu n tr

n và áp trùng pha nhau (hình 1.6b)
trong các pha A, B, C có th

n

nh theo quy t c bàn tay ph i còn chi u t

thông

nh b ng quy t c v n nút chai. T hình

1.6c ta th y r ng chi u t thông dòng t

ng ngang v i t thông chính

và mang tên là ph n ng ph n ng ngang.

Hình 1.6 Ph n
Giá tr c

ic at

ng b
ng chính F0 n m

n ng ph n ng Faq có giá tr c

10

i các c c trên tr c d
i trên tr c q

u này


làm cho s phân b c m ng t

i các c c t

i

x ng: m t bên c c hai t thông cùng chi u nên c ng nhau còn bên kia hai t
c chi u nên tr

t qu t

n ac

ng chính b bi n d ng: phía

c v i chi u quay( hình 1.6c).

b. T i thu n c m.
m ng trong các cu n dây nhanh pha so v
n tr

t giá tr c

còn roto chi m v

n m t góc

i khi giá tr

zero,

1.7a.

Hình 1.7 Ph n ng d c kh t

ng b

ng c

ng t thông do nó sinh
n a. T hình v , th y r ng chi u c a t

ng d c theo tr c c c. S phân b t

y g i là ph n ng d c

tr c. Khi t i thu n c m thì chi u t thông ph n
chính nên t

ng chính b y

ng ph n ng

c chi u v i t

ng

kh t .

c. Khi t i thu n dung.
nt

t pha so v

Theo nguyên t

t góc

nh chi u t

ng ph n ng trùng v i tr c c

hình 1.8.

ng ph n ng ta th y tr c c a t
ng này cùng chi u nên t

c tr t .
11


Hình 1.8 Ph n ng d c tr t

ng b

d. Khi t i h n h p.
T

ng h

c, n u dòng t i I trùng pha v

có ph n ng ngang, còn n u
0< <

=

o

( = 0) thì

ta có ph n ng d c. Khi t i là t ng tr

thì ph n ng v a mang tính ch t ph n ng ngang, v a mang tính ch t

ph n ng d c t . K t q a c a ph n ng lo i này v a b bi n d ng t

ng

v a b kh t .
ng h p - < <0 thì ph n ng ph n ng v a mang
tính ch t ph n ng ngang, v a mang tính ch t d c tr c tr t
v a gây bi n d ng t
T

n ng

ng v a tr t .

ng ph n ng ph n ng t ng Fa có th

c phân tích thành 2

thành ph n: ph n ng d c Fad và ph n ng ngang Faq
Fad = Fasin và Faq = Facos
sóng

nc as ct

có giá tr

Fdm =

.

12

ng t ng cho máy 3 pha có dòng pha I


NG B

U.

1.4.1 C u t o.

Hình1.9 C u t
lo

u

c t t o b i nam châm

c bi

t

t l n ( 0,5 ÷ 1,5 T ) . C c t có d ng c c l

rôto kho ng cách gi a các c
N

n thì c

t dây qu n m máy ki u l ng sóc. Vì
ng ch t o l

ng b
v y s t n v t li

t

nhôm kín và toàn b rôto là m t kh i tr .

khó gia công rãnh trên h

u. V i k t c
ng ch t o v i công su t : 30 ÷ 40 W. Trong

ng h

qu n m máy, công su t có th

lên t

n 100KW.
ng b

riêng là nh

ng b
n xoay chi u có ph n c

t
ph n c
ho

u b ng h p kim

stator. V

u nói
t

roto và ph n ng là h

ng b

u thì

c kích thích b ng nh ng phi n nam châm b trí trên b m t
ib m

ví d

c làm b
- cobalt (SmCO5

SmCO17) ho c Neodymium

boron (NdFeb) là các nam châm có su
ng kh t

t hi m
ion
c hi u

c g n trên b m t ho c bên trong c
b

t là khi t
13

làm vi c cao thì khe h gi a


các thanh nam châm có th
b n cao, ví d

p b ng v t li u d n t sau

i th y tinh ho c b t bulon lên các thanh nam

châm. Ngoài ra còn có nam châm g

b n cao.

Vì rotor không c n ngu

i này có th ho t

ng m nh m

n

n 100kw. Momen t

t t 100w

c thi t k

nh m c.N u máy ho

t quá 150%

ng quá momen max thì s m

b và s ho

m ng ho

Nh

là kh

công su t c a m
10 l

ng

ng.

ng tr c ti p. Công su t và h s

ng b
tr

*

c b ng v t li u

ng t

n

ng.

m
i than ho

ra tia l

n khi ho

t trên rotor thì không sinh

ng, lúc này công vi c b

tr . Nh

ng ch

c bài

ng b các t i có m c quán tính l n
a chúng nhi u l n.

Theo k t c u c
u thành 2 lo
có th th
1.4

ng b nam châm
c

cl

m c u t o c a t ng lo i máy này.
ng b

u c c l i.

C u t o g m 2 ph n chính là roto và stato:
* Stato c

ng b

u g m hai b ph n

chính là lõi thép và dây qu n ngoài ra còn có v máy và n p máy.
Lõi thép stato g m các lá thép k thu
m

c ph l

cd

14

n (tôn silic dày 0,5mm) 2
c ghép l i


v i nhau t o thành nh ng hình tr r ng , bên m t trong t o thành các rãnh
ng tr

t dây qu n . D c chi u dài c

kho ng 3 -6 cm l i có m t kho ng thông gió ngang tr c r ng 10mm. Lõi thép
tc

nh trong thân máy . Thân máy ph

c thi t k sao cho

hình thành m t h th ng thông gió làm mát máy t t nh t. N
c ch t o b

m ho

Dây qu

c ch t o b

ho c ch nh t, b m

ng có ti t di n hình tròn

c ph m t l

và l ng vào các rãnh c
t

ng

c qu n thành t ng b i
u n i theo qui lu t nh

nh

hình sao ho c tam giác.
nc cl

ng có t

quay th

ng kính

roto có th l n trong khi chi u dài l i nh . Roto
ng nh
Các lo

b

a
cg

c goi là máy t

ng tr c. Lo i này

ng s d ng trong k thu t robot.

Hình 1.10

ng b
15

uc cl i


1.4

ng b

u c c n.
ng b

u c c

cl i
* Roto c

nc c

ng làm b ng thép h p kim ch

c rèn b ng kh i tr

t các thanh nam

châm. Khi các thanh nam châm n trong rôt thì có th
h cb nv
T

lo

ng

cc

cs d

c.

h n ch l

ng có d ng

hình trrongs v i t s

c g i là máy

t

c s d ng trong các máy công c .
Tuy nhiên v i c

u chìm, máy không th

g i là khe h

ng h p này các

c

l p bên trong lõi thép roto v m t v t lí coi là không có s
hình h c b m t nam châm . M
nên nó làm m ch t c
t o ra các

c

i nào c a

c b c b i m t m ng c c thép
i khá m nh , vì do các m ng c c thép này

ng d n t sao cho t thông c t ngang các c c này và c không

gian vuông góc v i t

u ng c c l i là rõ ràng và
s n sinh momen c

Hình 1.11

ng b

16

n.

uc c n