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 ngoài (tt)

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Trong những năm qua, Việt Nam đã tập trung đầu tư phát
triển nguồn và lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các mục
tiêu phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất
nước và đáp ứng nhu cầu điện cho sinh hoạt của nhân dân. Tuy nhiên
trong thời gian tới, Việt Nam sẽ còn gặp khó khăn trong việc bảo
đảm cung cấp điện. Để ổn định nguồn điện cho sản xuất, kinh doanh
và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của nhân dân, trong thời gian qua các
Bộ, Ban, Ngành và Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính
sách, chỉ thị, đề án, giải pháp cụ thể để từng bước thực hiện tiết kiệm
điện.
Với mục đích sử dụng năng lượng có hiệu quả, động cơ điện
đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp (LSPMSM) với ưu
điểm về hiệu suất sẽ là một giải pháp thay thế động cơ không đồng
bộ (KĐB) trong một số lĩnh vực trong tương lai. Thống kê lại,
LSPMSM có các ưu điểm sau đây:
- Hiệu suất biến đổi điện-cơ lớn.
- Khởi động trực tiếp từ lưới.
- So với động cơ KĐB cùng công suất, có thể chế tạo LSPMSM
có kích thước nhỏ gọn hơn.
- LSPMSM thuộc dòng động cơ đồng bộ NCVC, một dạng của
động cơ không tiếp xúc, vì vậy sẽ có tuổi thọ cao, dễ bảo dưỡng trong
quá trình vận hành.
Bên cạnh những ưu điểm, LSPMSM tồn tại nhược điểm chính là
khó khởi động. Quá trình khởi động còn phức tạp bởi sự có mặt
mômen do NCVC sinh ra và mômen này không thể “ngắt” trong quá
trình mở máy.
Do đó, nghiên cứu đặc tính khởi động LSPMSM sẽ là chìa khóa
để phổ biến loại động cơ này. Vì vậy, “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 ngoài” là
cấp thiết và có tính thời sự cao trong thời điểm hiện nay.

1


Mục đích của đề tài
Xây dựng mô hình toán để nghiên cứu đặc tính khởi động của
LSPMSM có xét đến yếu tố bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài.
Từ đặc tính khởi động thu được, đánh giá những yếu tố, thông số
chính ảnh hưởng đến quá trình khởi động.
Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của luận án là động cơ đồng bộ nam châm
vĩnh cửu khởi động trực tiếp, do có ưu điểm về hiệu suất và hệ số
công suất khi vận hành.
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu quá trình khởi động của LSPMSM có xét đến ảnh
hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài và thực nghiệm
với động cơ công suất 2,2 kW.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Để thực hiện đề tài luận án, NCS sử dụng các phương pháp
nghiên cứu là: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp mô
hình hóa và mô phỏng, phương pháp thực nghiệm.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
Xây dựng được mô hình toán và mô phỏng quá trình khởi động
của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu
ứng mặt ngoài.
Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu sẽ giúp ích cho các nhà thiết kế, chế tạo
đánh giá và điều chỉnh kết cấu để có đặc tính khởi động của
LSPMSM phù hợp.
Các đóng góp mới của luận án
- Đề xuất mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của
LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng
mặt ngoài.
- Đề xuất phương pháp mô hình tham số tập trung để tính toán
đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq của
LSPMSM có xét đến ảnh hưởng bão hòa mạch từ.

2


- Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt ngoài ảnh hưởng đến quá
trình khởi động của LSPMSM.
- Thiết kế và chế tạo động cơ LSPMSM mẫu 3 pha, 2,2 kW, tốc
độ 1.500 vg/phút và thực nghiệm đặc tính khởi động, hiệu suất và hệ
số công suất.
Kết cấu của luận án bao gồm
Phần mở đầu, 4 chương, kết luận và kiến nghị và 3 phụ lục, cụ
thể:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của
LSPMSM
Chương 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của
LSPMSM
Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả
Kết luận và kiến nghị

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1 Lịch sử phát triển của LSPMSM
1.2. Ƣu điểm của LSPMSM
1.3 Nhƣợc điểm của LSPMSM
1.4 Các nghiên cứu trong nƣớc và thế giới về LSPMSM
1.4.1 Các nghiên cứu trong nƣớc
1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới
1.5 Kết luận
Từ các nghiên cứu trong và ngoài nước liên quan đến LSPMSM
có thể rút ra một số kết luận sau:
- Động cơ KĐB hiện nay phổ biến do có kết cấu cơ học vững
chắc, tin cậy, nhưng hiệu suất thấp hơn nếu so sánh với các dòng
động cơ đồng bộ. Trong xu hướng tiết kiệm điện của thế giới nói
chung và của Việt Nam nói riêng, trong thời gian tới sẽ có nhiều tiêu
chuẩn yêu cầu về hiệu suất ngày càng cao đối với động cơ, do vậy
động cơ KĐB có thể sẽ không đáp ứng được. LSPMSM ngoài ưu
điểm của dòng động cơ đồng bộ NCVC là hiệu suất vận hành cao, kết

3


cấu nhỏ gọn, tuổi thọ cao… còn có ưu điểm là có thể khởi động trực
tiếp. Vì vậy, LSPMSM sẽ là một giải pháp thay thế cho động cơ
KĐB trong một số lĩnh vực trong tương lai.
- Ở thời điểm gần đây, do sự phát triển của công nghệ chế tạo
vật liệu NCVC đặc biệt là NCVC đất hiếm NdFeB ngày càng rẻ, nên
vấn đề khởi động LSPMSM được xem là yếu tố then chốt quyết định
sự phổ biến của động cơ này. Vì vậy, nghiên cứu đặc tính khởi động
của LSPMSM và giải pháp nâng cao chất lượng khởi động của động
cơ hiện có tính thời sự cao.

- Tổng hợp các nghiên cứu trong và ngoài nước, có hai phương
pháp phổ biến khảo sát đặc tính khởi động của LSPMSM: Phương
mô hình hóa máy điện, trong đó LPSMSM được mô hình bằng các hệ
phương trình vi phân được viết theo hệ tọa độ d-q và phương pháp
hiện đại sử dụng các phần mềm ứng dụng phương pháp PTHH. Trên
cơ sở đó, luận án lựa chọn phương pháp mô hình hóa là phương
pháp để nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM, tuy nhiên
phương pháp PTHH sẽ được luận án vận dụng để kiểm chứng các kết
quả từ phương pháp mô hình hóa.
- Ở thời điểm hiện tại, mô hình toán của LSPMSM do Honsigner
đề xuất viết theo hệ trục tọa độ d-q vẫn được ứng dụng rất nhiều.
Nhưng các hiện tượng bão hòa mạch từ, hiện tượng hiệu ứng mặt
ngoài vẫn chưa được xét đến trong các nghiên cứu trên. Để khắc
phục hạn chế này, luận án đề xuất hướng nghiên cứu xét ảnh hưởng
của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài trong mô hình toán để
nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM nhằm khắc phục để kết
quả mô phỏng chính xác hơn.
- Đối với ảnh hưởng của bão hòa mạch từ:
+ Điện kháng từ hóa đồng bộ dọc trục và ngang trục (Lmd, Lmq)
là hai thông số trong mô hình toán LSPMSM, khi xét đến ảnh hưởng
bão hòa mạch từ, hai thông số trên phải được xem xét là các đại
lượng phi tuyến.

4


+ Do ảnh hưởng của bão hòa mạch từ, điện cảm tản stato, rôto
Lls, L’lr cũng bị ảnh hưởng và phải được xét là đại lượng phi tuyến.
- Đối với ảnh hưởng của hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài:
LSPMSM có cấu tạo rôto lồng sóc, trong quá trình khởi động do

ảnh hưởng của hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài nên điện trở và điện
kháng tản rôto phải được xét là các đại lượng phi tuyến.

CHƢƠNG 2. MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐẶC
TÍNH KHỞI ĐỘNG CỦA LSPMSM
2.1 Mô hình máy điện đồng bộ tổng quát
2.2 Mô hình LSPMSM
2.3 Mô phỏng LSPMSM
2.3.1 Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán
2.3.1.1 MATLAB và bài toán vi phân
2.3.1.2 Mô phỏng LSPMSM bằng MATLAB/Simulink
Trong luận án, không làm giảm tính tổng quát khi sử dụng
LSPMSM thử nghiệm 3 pha, 4 cực, 2,2 kW, tốc độ 1.500 vòng/phút
được hiệu chỉnh từ động cơ không đồng bộ. Động cơ không đồng bộ
là động cơ 3K112-S4, 3 pha, 2,2 kW, tốc độ 1.450 vòng/phút do
Công ty Cổ phần chế tạo động cơ Hà Nội (HEM) chế tạo.
Mô phỏng đặc tính khởi động của LSPMSM từ mô hình toán
bằng phần mềm MATLAB/Simulink với các khối tính toán đã xét ở
trên, trong đó thông số của LSPMSM được tính toán tại bảng 2.2.
Các đặc tính tốc độ, dòng điện, mômen khởi động được mô phỏng và
thể hiện ở hình 2.12.
50
1600

40
1400

Dßng ®iÖn (A)

Tèc ®é (Vßng/phót)

30
1200
1000
800
600
400
200

10
0
-10
-20
-30

0
-200

20

-40

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

-50

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

Thêi gian (s)

Thêi gian (s)

5

1.4

1.6

1.8

2


60
60

50
50
40

30

M«men (N.m)

M«men (N.m)

40

20
10
0
-10

20
10
0
-10

-20
-30
-200

30

-20

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

-30

0

Tèc ®é (Vßng/phót)

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Th¬i gian (s)

Hình 2.12 Đặc tính khởi động của LSPMSM, J=JR, TL=TLđm
Từ đồ thị các đặc tính khởi động tại hình 2.16 thu được khi mô
phỏng LSPMSM từ mô hình toán cho thấy: LSPMSM khởi động rất
khó khăn, trong quá trình khởi động, đặc tính tốc độ khởi động xuất
hiện nhiều đoạn giảm tốc.
2.3.2 Mô phỏng LSPMSM từ các phần mềm ứng dụng
phƣơng pháp phần tử hữu hạn
2.4 Kết luận
LSPMSM được mô hình hóa bằng hệ các phương trình điện áp,
từ thông, mômen được viết theo hệ tọa độ d, q, thông qua mô hình
toán có thể ứng dụng các phần mềm tính toán để mô phỏng các đặc
tính khởi động của LSPMSM.
MATLAB/Simulink có ưu điểm là phần mềm phổ biến, giao
diện dễ sử dụng, tài liệu hướng dẫn phong phú, chức năng của phần
mềm
kết
hợp
mô
hình
giải
toán
tương
tự
với phương pháp số hiện đại, các kết quả hiển thị đa dạng (đồ thị, giá
trị,…) rất linh hoạt và dễ dàng chuyển đổi với các phần mềm khác.
Vì vậy, luận án lựa chọn phần mềm MATLAB/Simulink là công cụ

để mô phỏng các đặc tính từ mô hình toán của LSPMSM. Các kết
quả mô phỏng bằng MATLAB/Simulink sẽ được phân tích và đánh
giá để khảo sát đặc tính khởi động của LSPMSM.
Luận án ứng dụng phần mềm MATLAB/Simulink để mô phỏng
đặc tính khởi động của LSPMSM công suất 2,2 kW, 1.500 vòng/phút
được hiệu chỉnh từ động cơ KĐB, 3 pha 3K112-S4, 2,2 kW của Công
ty Cổ phần Chế tạo điện cơ Hà Nội (HEM). Trong chương này, đặc
tính khởi động LSPMSM đã được mô phỏng với các thông số điện

6


trở, điện cảm tản, điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục của
stato, rôto được xét và tính toán ở dạng hằng số.
Trong luận án sẽ ứng dụng phần mềm sử dụng phương pháp
PTHH (ANSYS/Maxwell 2D) để mô phỏng LSPMSM, làm cơ sở so
sánh và đánh giá với kết quả khi mô phỏng từ mô hình toán hiệu
chỉnh luận án đề xuất.

CHƢƠNG 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN ĐẶC
TÍNH KHỞI ĐỘNG CỦA LSPMSM
3.1 Các yếu tố ảnh hƣởng đến đặc tính khởi động của
LSPMSM
3.1.1 Ảnh hƣởng bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa
đồng bộ dọc trục và ngang trục Lmd, Lmq
1) Mô hình mạch từ tương đương LPM đề xuất tính toán đặc tính
điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục cho LSPMSM
Phương pháp LPM do E. C. F. Lovelace đề xuất tính toán đặc
tính Lmq áp dụng cho IPM, đối với LSPMSM do rôto có cấu tạo lồng
sóc do đó ngoài các thành phần từ trở phi tuyến gông từ stato, rôto,

răng stato như của IPM còn phải xét đến thành phần từ trở phi tuyến
răng rôto trong quá trình quá độ.
Áp dụng phương pháp mạch từ LPM đề xuất để tính toán đặc
tính Lmq có xét đến bão hòa mạch từ cho LSPMSM thử nghiệm 2,2
kW được hiệu chỉnh từ động cơ KĐB 2,2 kW 3K112-S4, sơ đồ mạch
từ LPM để tính toán Lmq LSPMSM điển hình tại hình 2.14 được thể
hiện ở hình 3.1.
Rsy
Rst
Fqs

Fqs

Rg
Rrt
Rry

Hình 3.1 Sơ đồ mạch từ LPM tính giá trị Lmq của LSPMSM

7


2) So sánh phương pháp LPM đề xuất với phương pháp phần tử hữu
hạn FEM
Để kiểm tra độ chính xác của phương pháp LPM đề xuất,
phương pháp PTHH được luận án sử dụng để tính toán đặc tính Lmq
của LSPMSM thử nghiệm. Để đơn giản trong tính toán, LSPMSM sẽ
được thiết kế ban đầu từ phần mềm ANSYS/RMxprt, các thông số về
kích thước răng, rãnh, chiều dài, số rãnh rôto, stato, kích thước và vị
trí khe NCVC trong rôto của LSPMSM thử nghiệm được cập nhật

cho RMxprt trong bảng 2.2 như hình 3.4 bên dưới.

Hình 3.4
Cấu hình
LSPMSM
thử nghiệm

Từ mô hình LSPMSM được khai báo trong RMxprt, thực hiện
chuyển đổi sang mô hình dạng 2D trong MAXWELL2D để tính toán
các bài toán điện từ trường liên quan.
3) Kết quả tính toán Lmq bằng phương pháp LPM đề xuất
4) Kết quả mô phỏng với phương pháp PTHH (FEA-MAXWELL2D)
5) Tổng hợp kết quả mô phỏng từ phương pháp LPM đề xuất và
phương pháp PTHH
Hai đặc tính Lmq = f(iqs) thu được từ phương pháp LPM đề xuất
và phương pháp PTHH áp dụng cho LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW
được tổng hợp trên hình 3.10 bên dưới. Chi tiết tính toán Lmq(iqs) với
một số giá trị dòng iqs khác nhau được tổng hợp ở bảng 3.1. Hai đặc
tính kết quả thu được từ phương pháp LPM và phương pháp PTHH
sẽ được phân tích để đánh giá, từ đó khẳng định việc ứng dụng kết
quả tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục Lmq trong
các bài toán tính toán khởi động của LSPMSM mà luận án nghiên
cứu tại các phần sau.

8


Hình 3.10 Đặc tính
Lmq=f(iqs) với thép B50A800 sử dụng PTHH
(FEM) và LPM

0.25

Lmq-LPM
Lmq-PTHH

mq

L (H)

0.2

Lmq-H»ng sè
0.15

0.1

0.05

0

0

5

10

15

20

25

30

Dßng ®iÖn iqs(A)

6) Đánh giá kết quả
Từ kết quả tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ ngang
trục Lmq thu được với hai phương pháp LPM và PTHH
(ANSYS/MAXWELL2D) cho LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW có thể
rút ra kết luận sau:
- Giá trị điện cảm Lmq của LSPMSM biến đổi khi có bão hòa
mạch từ, vì vậy trong mô phỏng đặc tính khởi động của LSPMSM
nếu chỉ sử dụng giá trị Lmq ở trạng thái xác lập (hằng số) kết quả sẽ
không phản ánh chính xác.
- Phương pháp LPM khi so sánh với phương pháp PTHH cho
kết quả cùng dạng đường đặc tính, sai số lớn nhất giữa hai phương
pháp là 17% khi iqs=5A. Giá trị iqs càng lớn, sai số giữa hai phương
pháp càng nhỏ (với iqs =30A sai số giữa hai phương pháp chỉ là 1% ).
- So sánh hai phương pháp có thể thấy phương pháp LPM đề
xuất dùng để tính toán đặc tính Lmq của LSPMSM là phương pháp
đơn giản, dễ lập trình với ít phép tính (so sánh với phương pháp MEC
thì LPM với LSPMSM như trên sẽ có 5 phần tử, trong khi phương
pháp MEC nếu xét tương đương của LSPMSM thì có thể sẽ lên đến
111 phần tử trong mạch từ).
- Mục đích của luận án là nghiên cứu đặc tính khởi động của
LSPMSM, vì vậy kết quả tính toán đặc tính Lmq trên sẽ được áp dụng
để nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM tại các phần sau.
3.1.1.2 Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd

1) Mô hình mạch từ tương đương LPM đề xuất tính toán đặc tính
điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd cho LSPMSM
Từ phương pháp LPM và lưu đồ thuật toán tính toán đặc tính
Lmq do Lovelace, Mirahki đề xuất, luận án đề xuất mạch từ tương
đương LPM và lưu đồ thuật toán để tính toán đặc tính Lmd cho
LSPMSM với một số bổ sung trong mạch từ LPM tính toán:
- Bổ sung thành phần từ trở phi tuyến răng rôto.

9


- Bổ sung thành phần từ trở phi tuyến cầu nối.
Áp dụng phương pháp LPM tính toán đặc tính Lmd cho
LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW, 3 pha tại hình 2.14, mô hình mạch từ
thay thế LPM để tính toán Lmd được xác định tại hình 3.12
Rsy

Hình 3.12 Mạch từ
LPM luận án đề xuất để
tính toán đặc tính Lmd
=f(ids)

Rst
Fds

Fds

Rg
Rrt

Rb
Rm

Rry1

Rry2

Rbrd

2) Kết quả mô phỏng với phương pháp PTHH (FEA-MAXWELL2D)
3) Tổng hợp kết quả mô phỏng từ phương pháp LPM đề xuất và
phương pháp PTHH
Hai đặc tính Lmd = f(ids) thu được từ phương pháp LPM đề xuất
và phương pháp PTHH áp dụng cho LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW
được tổng hợp trong hình 3.20 bên dưới, chi tiết tính toán được tổng
hợp ở bảng 3.2. Hai đặc tính thu được từ hai phương pháp sẽ được
phân tích đánh giá phương pháp LPM đề xuất, từ đó ứng dụng kết
quả tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd trong
các bài toán mô phỏng khởi động của LSPMSM mà luận án nghiên
cứu tại các phần sau.
0.1

Lmd-PTHH

0.08

Lmd-H»ng sè

0.07

md

L (H)

Hình 3.20 Đặc tính
Lmd=f(ids) với phương
pháp LPM đề xuất và
phương pháp PTHH

Lmd-LPM

0.09

0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.01
0

0

5

10

15

20

25

30

Dßng ®iÖn ids(A)

4) Đánh giá kết quả
Qua hai đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd có xét
đến bão hòa mạch từ kết quả thu được từ phương pháp LPM đề xuất
và phương pháp PTHH (ANSYS/MAXWELL2D), có thể rút ra kết
luận sau:
- Giá trị điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd của LSPMSM
biến đổi khi có bão hòa mạch từ. Vì vậy, trong các mô phỏng đặc tính

10


khởi động của LSPMSM nếu chỉ sử dụng giá trị Lmd ở trạng thái hằng
số kết quả tính toán sẽ không phản ánh chính xác thực tế.
- Tính toán đặc tính Lmd bằng phương pháp LPM luận án đề xuất
so sánh với phương pháp PTHH cho kết quả tương đương, sai số lớn
nhất giữa hai phương pháp là 13% khi ids=20A÷25A. Với phương
pháp LPM đề xuất đã giải quyết được vấn đề vùng dòng điện nhỏ
(ids<5A), kết quả cho thấy hai phương pháp cho giá trị với sai số
không đáng kể (<5%).
- Phương pháp LPM đề xuất dùng để tính toán đặc tính Lmd cho
LSPMSM là phương pháp đơn giản, dễ lập trình với ít phép tính.
Phương pháp LPM đề xuất với các bổ sung đã trực tiếp tính toán
được đặc tính Lmd.

- Đặc biệt phương pháp LPM đề xuất cho tốc độ tính toán nhanh
hơn nhiều so với phương pháp PTHH. Ví dụ để tính Lmd khi dòng
ids=10A, PTHH-MAXWELL2D với 6.048 phần tử sẽ mất 2’31” ,
trong khi đó chỉ mất 12” với phương pháp LPM 1 triệu bước lặp. Tốc
độ tính toán ở ví dụ trên cho thấy phương pháp LPM đề xuất nhanh
hơn, khẳng định tốc độ tính toán ưu việt của phương pháp LPM đề
xuất.
- Luận án nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM, kết quả
tính toán đặc tính Lmd này sẽ được áp dụng để mô phỏng LSPMSM
tại các phần sau.
3.1.1.3 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến Lmd, Lmq và đặc tính
khởi động LSPMSM
Kết luận: Chất lượng khởi động của LSPMSM khi xét ảnh
hưởng của bão hòa đến đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục và
ngang trục Lmd, Lmq bị giảm đi, nguyên nhân chủ yếu là mômen từ trở
sinh ra đã bị giảm đáng kể. Để khắc phục nhược điểm này ngay từ
trong thiết kế, người thiết kế nên lựa chọn kích thước răng rãnh rôto
và kích thước khối NCVC hợp lý, quan trọng nhất là đảm bảo mức
độ suy giảm điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục và dọc trục Lmq, Lmd
trong quá trình khởi động không quá lớn và đảm bảo tối ưu về hiệu
suất cũng như giá trị cos khi LSPMSM vận hành ổn định.

11


3.1.2 Ảnh hƣởng của hiệu ứng mặt ngoài
3.1.2.1 Hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài
3.1.2.2 Các thông số LSPMSM bị ảnh hưởng của hiệu ứng mặt
ngoài
Giá trị của điện cảm tản rãnh phụ thuộc vào tần số dòng điện

rôto như sau:
L'rr ~
3 sinh(2.)  sin(2.)

.
 k L (s)
2. cosh(2.)  cos(2.)
L'rr

(3-30)

Như vậy, giá trị điện cảm rôto xét đến hiệu ứng mặt ngoài sẽ được
xác định như sau:
L’lr = L’r0 + L’r2.kL(s)
(3-33)
Điện trở thanh dẫn rôto phụ thuộc vào tần số dòng điện rôto
được xác định như sau:
'
rrtd
sinh(2.)  sin(2.)
 .
 k R (s)
'
cosh(2.)  cos(2.)
rrtd

(3-34)

Như vậy, giá trị điện trở rôto xét đến hiệu ứng mặt ngoài sẽ được
tính toán như sau:

'
r2'  rrv'  rrtd
.k R (s)

(3-35)

Luận án áp dụng các phương trình (3-30) ÷ (3-35) để tính toán
đặc tính kR(s) và kL(s) cho LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW, 3 pha tại
hình 2.14 với các thông số tính toán được cho ở bảng 2.2. Với kích
thước răng, rãnh rôto LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW đã cho ở hình
3.2, hai đặc tính kR(s), kL(s) được tính toán theo (3-30) và (3-34) và
được thể hiện ở hình 3.28, 3.29 bên dưới

Hình 3.28 Đặc tính kR(s)

Hình 3.29 Đặc tính kL(s)

Đối với LSPMSM thử nghiệm, giá trị điện trở thanh dẫn rôto là
hàm phụ thuộc vào hệ số trượt s và được xác định như sau:

12


r2'  0,72  1,39.k R (s)

()

(3-36)

Giá trị điện trở thanh dẫn rôto quy đổi là hàm phụ thuộc vào hệ

số trượt s và được xác định như sau:
L'lr  6,145  5,11.k L (s)

(3-37)

Chuyển sang giá trị điện kháng, điện kháng rôto quy đổi x’2 được
xác định:
x '2  1,93  1,605.k L (s)
()
(3-38)
3.1.2.3 Ảnh hưởng hiệu ứng mặt ngoài đến đặc tính khởi động
LSPMSM
3.1.2.4 Kết luận
Qua các đặc tính khởi động thu được dựa trên mô phỏng mô
hình toán LSPMSM có xét và không xét hiệu ứng mặt ngoài có thể
rút ra một số kết luận như sau:
- Hiệu ứng mặt ngoài ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính khởi động
của LSPMSM.
- Bản chất LSPMSM vốn rất khó khăn khi khởi động, cho nên
trong quá trình thiết kế LSPMSM, người thiết kế nên lựa chọn chiều
sâu rãnh rôto hợp lý nhằm lợi dụng triệt để hiệu ứng mặt ngoài để cải
thiện đặc tính khởi động của LSPMSM.
- Kết quả xây dựng và mô phỏng mô hình LSPMSM xét đến
hiệu ứng mặt ngoài là cơ sở đánh giá bước đầu đối với các thiết kế
răng rãnh rôto khác nhau của LSPMSM.
Mục đích của luận án là nghiên cứu đặc tính khởi động của
LSPMSM và các yếu tố ảnh hưởng, vì vậy kết quả tính toán đặc tính
r’2 , L’r xét đến hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài sẽ được tổng hợp để
tính toán và phân tích đặc tính khởi động của LSPMSM chi tiết tại
phần sau.

3.1.3 Ảnh hƣởng của bão hòa mạch từ đến điện kháng tản
stato, rôto x1, x’2
3.1.3.1 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến điện kháng tản stato
x1
Điện kháng tản stato x1 được luận án đề xuất tính toán:
x1  x10  (is  Is®m ).k bhx1
(3-39)

13


Với LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW đã xét ở trên, đặc tính giá trị
điện kháng stato được tuyến tính hóa khi xét ảnh hưởng của bão hòa
mạch từ được xác định:
x1  4,1  (i s  4,12).0,0134
 4,16  0,0134.i s

()

(3-40)

3.1.3.2 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài
đến điện kháng tản rôto x’2
Điện kháng tản stato x’2 được tính toán như sau:

x '2  x 'r0  x 'r2 .k L (s)  (i s  Is®m ).k bhx2  x '20bh

(3-42)

Với LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW đã xét ở trên, điện kháng rôto

khi xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiện tượng hiệu ứng mặt
ngoài được xác định như sau:
(3-43)
x '2  2,074  1,605.k L (s)  0,0351.i s
3.1.3.3 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài
đến điện kháng tản stato, điện kháng tản, điện trở rôto và đặc
tính khởi động LSPMSM
3.1.4 Ảnh hƣởng của nhiệt độ
3.1.4.1 Ảnh hưởng nhiệt độ đến điện trở stato và rôto
3.1.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ môi trường đến đặc tính khởi động
LSPMSM
3.1.5 Ảnh hưởng của một số loại tải
3.1.5.1 Các loại tải máy sản xuất hiện nay
3.1.5.2 Ảnh hưởng của LSPMSM với tải quạt gió
3.1.6 Ảnh hƣởng của mômen quán tính J
3.2 Tổng hợp các yếu tố chính ảnh hƣởng đến đặc tính
khởi động của LSPMSM
Tổng hợp các yếu tố được xét đến trong quá trình khởi động
LSPMSM:
- Bão hòa mạch từ.
- Hiện tượng hiệu ứng mặt ngoài.

14


Từ mô hình toán đã xét ở chương 2 và các yếu tố ảnh hưởng,
luận án đề xuất mô hình tổng hợp để xét các yếu tố ảnh hưởng đến
LSPMSM trong quá trình khởi động, trong đó các thông số động cơ
được xét là các hàm số phụ thuộc các biến đầu vào.
3.2.1 Mô hình toán của LSPMSM xét ảnh hƣởng của bão

hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài

Điện áp stato

Điện áp rôto

d ds

u ds  r1 i ds  dt  r . qs

u  r i  d qs   .
r
ds
 qs 1 qs
dt


d dr
0
u dr  rdr (s).idr 

dt

u   r  (s).i  d qr  0
qr
 qr qr
dt

Từ thông stato


 ds  [Lls (is )  Lmd (i ds )]i ds  Lmd (i ds ).idr  m


 qs  [Lls (is )  Lmq (i qs )]i qs  Lmq (i qs ).iqr

Từ thông rôto

dr  Llr (is ,s).idr  Lmd (i ds ).(i ds  idr )  m






 qr  Llr (is ,s).i qr  Lmq (i ds ).(i qs  i qr )

3.2.2 Sơ đồ MATLAB/Simulink với mạch từ hiệu chỉnh đề
xuất
Sử dụng MATLAB/Simulink mô phỏng mô hình toán của
LSPMSM xét đến bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài. Trong quá
trình khởi động, các thông số Lmd, Lmq, Lls, L’lr, r’2 được xét là các giá
trị phi tuyến. Các thông số này đã được tính toán và cho tại bảng 3.6.
Do các thông số trên là phi tuyến nên một số khối tính toán
MATLAB/Simulink đã áp dụng ở mục 3.1 cần được hiệu chỉnh lại.
3.2.3 Kết quả mô phỏng
Đối với LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW, 3 pha, các tham số được
tính toán tại bảng 2.2 sẽ được hiệu chỉnh khi xét đến bão hòa mạch từ

15

và hiệu ứng mặt ngoài và được tổng hợp tại bảng 3.6. Kết quả mô
phỏng đặc tính tốc độ khởi động như hình 3.49 bên dưới.
1800

Hình 3.49 Đặc tính
khởi động LSPMSM có
xét ảnh hưởng của bão
hòa và hiệu ứng mặt
ngoài, J=JR

1600

Tèc ®é (Vßng/phót)

1400

TL=14 N.m
TL=18 N.m
TL=20.2 N.m
TL=20.5 N.m

1200
1000
800
600
400
200
0
-200

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Thêi gian (s)

Đặc tính khởi động khi xét đến bão hòa mạch từ và hiện tượng
hiệu ứng mặt ngoài cho chất lượng khởi động tốt hơn khi so sánh với
đặc tính thu được khi xét các thông số LSPMSM là hằng số.
LSPMSM có thể khởi động với tải cực đại TLmax =20,2 N.m, thời
gian vào đồng bộ cũng nhanh và ổn định hơn khi so sánh với đặc tính

tốc độ mô phỏng với các thông số là hằng số.
3.2.4 So sánh kết quả mô phỏng với phƣơng pháp tổng
hợp đề xuất và phƣơng pháp phần tử hữu hạn
70

1800

1400

50

Matlab
Maxwell

1200

Mômen (N.m)

Tèc ®é (Vßng/phót)

Matlab
Maxwell

60

1600

1000
800
600

40

30

20

400
10

200
0

0
-200

-10

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Thời gian (s)

Thêi gian (s)

Hình 3.55 Đặc tính tốc độ và mômen LSPMSM được mô phỏng bằng
ANSYS/MAXWELL2D và MATLAB/Simulink
So sánh kết quả đường đặc tính tốc độ, mômen của LSPMSM
thí nghiệm 2,2 kW thu được bằng hai phương pháp: mô phỏng từ mô
hình
toán
đề
xuất
với
MATLAB/Simulink
và
ANSYS/MAXWELL2D cho thấy kết quả là tương đồng.
3.3 Khảo sát ảnh hƣởng của kích thƣớc nam châm vĩnh
cửu đến đặc tính khởi động của LSPMSM
3.3.1 LSPMSM với độ dày NCVC khác nhau
3.3.1.1 Cấu hình rôto của LSPMSM với độ dầy khác nhau

16


Hình 3.56 Cấu hình của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với một số độ
dày NCVC khác nhau
3.3.1.2 Thông số LSPMSM với độ dầy NCVC khác nhau
3.3.1.3 Đặc tính khởi động LSPMSM với độ dầy NCVC khác

nhau
Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán với các thông số đã tính
toán ở bảng 3.8. Đặc tính tốc độ khởi động của LSPMSM thử nghiệm
2,2 kW xét với một số bề rộng NCVC cùng tải hằng số Mtải =14 N.m
được thể hiện ở hình 3.58 bên dưới
1800

Hình 3.58 Đặc tính tốc
độ khởi động LSPMSM
thử nghiệm 2,2 kW với
độ dầy NCVC khác nhau

1600

Tèc ®é (Vßng/phót)

1400

lm=5 mm
lm=5.5 mm
lm=6 mm

1200
1000
800
600
400
200
0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Thêi gian (s)

Dựa trên kết quả mô phỏng có thể xác định mômen tải cực đại
mà LSPMSM khởi động được với các độ dày NCVC khác nhau.
Bảng 3.9 Mômen tải cực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được với độ
dầy NCVC khác nhau
lm (mm)
5

5,5
6
wm (mm)
34
34
34
Mtải_max (N.m)
20,2
19,9
19,5
3.3.1.4 Hiệu suất và hệ số công suất của LSPMSM ở chế độ
vận hành xác lập với độ dầy NCVC khác nhau
Để đánh giá LSPMSM 2,2 kW ở chế độ vận hành xác lập với
một số độ dày NCVC khác nhau, sử dụng phần mềm
ANSYS/RMxprt mô phỏng để xác định hiệu suất và hệ số công suất
của động cơ ở chế độ tải định mức, kết quả như bảng 3.10.

17


Bảng 3.10 Hiệu suất và hệ số công suất LSPMSM với độ dầy NCVC
khác nhau
lm (mm)
5
5,5
6
wm (mm)
34
34
34

93,8
93,9
94,1

0,976
0,983
0,99
cos
3.3.2 LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau
3.3.2.1 Cấu hình rôto của LSPMSM với bề rộng khác nhau

Hình 3.59 Cấu hình LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với bề rộng NCVC
khác nhau
3.3.2.2 Thông số LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau
3.3.2.3 Đặc tính khởi động LSPMSM với bề rộng NCVC khác
nhau
Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán với các thông số tính toán
ở bảng 3.13. Đặc tính tốc độ khởi động của LSPMSM thử nghiệm 2,2
kW với các bề rộng NCVC khác nhau xét cùng tải hằng Mtải =14 N.m
được thể hiện ở hình 3.61 bên dưới.
1800

Hình 3.61 Đặc tính tốc độ
khởi động LSPMSM thử
nghiệm 2,2 kW với bề rộng
NCVC khác nhau

1600

Tèc ®é (Vßng/phót)

1400
wm=29 mm
wm=32 mm
wm=34 mm

1200
1000
800
600
400
200
0
-200

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Thêi gian (s)

Tương tự, dựa trên kết quả mô phỏng, có thể xác định mômen
tải cực đại (Mtải_max) mà LSPMSM khởi động được với các bề rộng
NCVC khác nhau.
Bảng 3.14 Mômen tải cực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được với
bề rộng NCVC khác nhau
wm (mm)
29
32
34
lm (mm)
5
5
5
Mtải_max (N.m)
21,3
20,4
20,2

18

3.3.2.4 Hiệu suất và hệ số công suất của LSPMSM ở chế độ
vận hành xác lập với độ dầy NCVC khác nhau
Để đánh giá LSPMSM 2,2 kW ở chế độ vận hành xác lập với
một số bề rộng NCVC khác nhau, luận án sử dụng phần mềm
ANSYS/RMxprt mô phỏng để xác định hiệu suất và hệ số công suất
của động cơ ở chế độ tải định mức, kết quả như bảng 3.15
Bảng 3.15 Hiệu suất và hệ số công suất LSPMSM với bề rộng NCVC
khác nhau
wm (mm)
29
32
34
lm (mm)
5
5
5
83,01
93,23
93,8

0,258
0,933
0,976
cos
3.3.3 Lựa chọn kích thƣớc NCVC cho LSPMSM 2,2 kW
Để lựa chọn NCVC trong thiết kế chế tạo LSPMSM có thể đưa
ra một số giả thiết sơ lược như sau:
- LPSMSM khởi động với tải định mức Mtải = Mđm = 14 N.m.
- Ở chế độ vận hành xác lập, chỉ số hiệu suất LSPMSM đáp ứng
tiêu chuẩn IE4 (hiệu suất > 89,5 % đối với LSPMSM 2,2 kW).

- Tối thiểu lượng NCVC sử dụng để giảm chi phí chế tạo, hạ giá
thành sản phẩm.
Căn cứ kết quả tính toán tại bảng 3.9, 3.10, 3.14, 3.15, 3.16 và
các giả thiết sơ lược đặt ra, người thiết kế có thể lựa chọn kích thước
NCVC trong chế tạo như sau: wm=32 mm, lm=5 mm như vậy sẽ đảm
bảo sử dụng ít nhất vật liệu NCVC, trong đó các thông số LSPMSM:
Mtải_max=20,4 N.m; =93,23%; cos=0,983. Như vậy, LSPMSM có
đặc tính khởi động tốt (đảm bảo khởi động với tải định mức), có hiệu
suất làm việc cao đáp ứng được tiêu chuẩn IE4.
Thông số vận hành của LSPMSM 2,2 kW với kích thước được
lựa chọn so sánh với thông số SCIM 2,2 kW 3K112-S4, chi tiết tại
bảng 3.17.
Bảng 3.17 Thông số LSPSM 2,2 kW với kích thước NCVC được lựa
chọn và SCIM 3K112-S4 ở chế độ vận hành xác lập
Hệ số công
Mtải = Mđm (14
Động cơ
Hiệu suất
N.m)
suất (cos)
LSPMSM
Khởi động được
93,23%
0,983
SCIM 3K112-S4
Khởi động được
80%
0,83

19

Từ bảng 3.17 cho thấy khi so sánh thông số vận hành của
LSPMSM với SCIM có cùng công suất, LSPMSM đã có ưu điểm
vượt trội về chỉ số hiệu suất và hệ số công suất ở chế độ vận hành xác
lập.
3.4 Kết luận chƣơng
Trong chương này, luận án nghiên cứu đặc tính khởi đông và các
yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khởi động của LSPMSM là bão hòa
mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài.
- Đối với bão hòa mạch từ:
+ Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmd, trong quá trình khởi
động Lmd được xét là đại lượng phi tuyến và là hàm của dòng điện
dọc trục ids, Lmd = f(ids).
+ Điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục Lmq, trong quá trình khởi
động Lmq được xét là đại lượng phi tuyến và là hàm của dòng điện
ngang trục iqs, Lmq = f(iqs).
+ Điện cảm tản stato Lls, trong quá trình khởi động Lls được xét là
đại lượng phi tuyến và là hàm giảm tỷ lệ bậc nhất theo biến dòng
stato is, Lls = f(is).
+ Điện cảm tản rôto quy đổi L’lr, trong quá trình khởi động L’lr
được xét đại lượng phi tuyến và là hàm bậc nhất hai biến của dòng
pha stato is và độ trượt s, L’lr = f(is, s).
- Đối với hiệu ứng mặt ngoài:
+ Điện cảm tản rôto quy đổi L’lr, trong quá trình khởi động L’lr
được xét là đại lượng phi tuyến và là hàm bậc nhất hai biến của dòng
pha stato is và độ trượt s, L’lr = f(is, s).
+ Điện trở rôto quy đổi r’2, r’2 trong quá trình khởi động r’2 được
xét là đại lượng phi tuyến, là hàm bậc nhất của độ trượt s, r’2 = f(s).
Luận án tổng hợp xây dựng mô hình toán LSPMSM có xét đến

ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài, trong đó các
thông số động cơ được xét là các đại lượng phi tuyến trong quá trình
khởi động và là hàm của các biến trạng thái. Trong chương này, luận
án sử dụng phương pháp PTHH (ANSYS/Maxwell 2D) để mô phỏng
đặc tính khởi động của LSPMSM làm cơ sở để so sánh đánh giá kết
quả mô phỏng từ mô hình toán đề xuất. Các kết quả mô phỏng từ mô
hình toán và từ phương pháp PTHH cho thấy với mô hình toán
LSPMSM đề xuất là chấp nhận được.
Luận án cũng áp dụng mô hình toán đề xuất để mô phỏng đặc
tính khởi động của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với một vài cấu
hình rôto khác nhau, từ kết quả mô phỏng có thể kết luận:

20


- Độ dày NCVC nhỏ, đặc tính khởi động của LSPMSM sẽ tốt
hơn;
- Bề rộng NCVC nhỏ, đặc tính khởi động của LSPMSM sẽ tốt
hơn.
Tuy nhiên nếu độ dày và bề rộng NCVC nhỏ thì hiệu suất và hệ
số công suất ở chế độ vận hành xác lập lại có thể sẽ không đảm bảo.
Từ các kết quả tính toán đối với một số kích cỡ độ dày, bề rộng
NCVC khác nhau, luận án chỉ ra có thể lựa chọn kích thước NCVC
với cấu hình wm = 32 mm, lm = 5 mm sẽ đảm bảo khả năng khởi động
với các chỉ số hiệu suất đáp ứng tiêu chuẩn IE4.
Với LSPMSM có cấu hình khác như: răng, rãnh rôto, răng, rãnh
stato, vật liệu NCVC,… người thiết kế hoàn toàn có thể áp dụng kết
quả của luận án để đánh giá đặc tính khởi động của động cơ.

CHƢƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

4.1 Giới thiệu chung
4.2 Ứng dụng LabVIEW và Card NI USB-6009 đo đặc tính
dòng điện và tốc độ khởi động LSPMSM
4.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW
4.2.2 Card đo lƣờng NI USB-6009
4.3 Mô hình thí nghiệm LSPMSM
4.3.1 Đo dòng điện
4.3.2 Đo tốc độ LSPMSM
4.4 LSPMSM 2,2 kW thực nghiệm
4.4.1 Cấu hình rôto LSPMSM
4.4.2. Gia công NCVC
4.4.3 Hoàn thiện rôto
4.4.4 Lắp ráp LSPMSM
4.4.5 Bàn thử nghiệm động cơ LSPMSM
Hình 4.13 Phối ghép
LSPMSM thực nghiệm

21


4.5 Kết quả mô phỏng và đo lƣờng đặc tính tốc độ và
dòng điện khởi động LSPMSM không tải
4.5.1 Đặc tính dòng điện khởi động
1)

Kết quả mô phỏng từ mô hình toán với MATLAB
40

Hình 4.15 Đặc tính
dòng khởi động

LSPMSM 2,2 kW
với MATLAB khi
không tải

30

Dßng ®iÖn (A)

20

10

0

-10

-20

-30

-40

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.45

0.5

Thêi gian (s)

2)

Kết quả thực nghiệm
Hình 4.16 Đặc tính
dòng khởi động đo
được với LSPMSM
2,2 kW khi không tải

3)

Tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Hình 4.17 Đặc tính
dòng khởi động mô
phỏng

và
thực
nghiệm LSPMSM 2,2
kW

50

M« pháng
§o l-êng

40
30

Dßng ®iÖn (A)

20
10
0
-10
-20
-30
-40
-50

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

Thêi gian (s)

22

0.4


4.5.2 Đặc tính tốc độ khởi động
1) Mô phỏng mô hình bằng MATLAB
1800

Hình 4.18 Đặc tính
tốc độ khởi động
của LSPMSM 2,2
kW với MATLAB khi
không tải

1600

Tèc ®é (Vßng/phót)

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

Thêi gian (s)

2)

Kết quả thực nghiệm
Hình 4.19 Đặc tính
tốc độ khởi động đo
thực
tế
của
LSPMSM 2,2 kW khi
không tải

3)

Tổng hợp kết quả mô phỏng và thực nghiệm
1800

Hình 4.20 Đặc tính
dòng khởi động mô
phỏng

và
thực
nghiệm
LSPMSM
2,2 kW

Mô phỏng
Đo lường

1600

1400

Tốc độ (vòng/phút)

1200

1000

800

600

400

200

0

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Thời gian (s)

4.6 Kết luận chƣơng 4
Từ kết quả đo đặc tính tốc độ, dòng khởi động với LSPMSM 2,2
kW thực nghiệm so sánh với hai đặc tính thu được từ mô hình toán
trong luận án đề xuất ở chế độ không tải (các hình 4.15 ÷ 4.20) cho
thấy sự tương đồng giữa các đặc tính khởi động. Như vậy, với kết
quả thực nghiệm có thể khẳng định mô hình toán đề xuất trong luận
án với các tính toán đi kèm là phù hợp với thực tế vận hành động cơ.

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong xu hướng sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả của
thế giới nói chung và của Việt Nam nói riêng, một trong những giải

23


pháp tiết kiệm năng lượng là nghiên cứu thay thế động cơ KĐB bằng
một loại động cơ khác có hiệu suất cao hơn. LSPMSM ngoài ưu điểm
của dòng động cơ đồng bộ NCVC là hiệu suất cao, kết cấu nhỏ gọn,
khả năng khởi động nhanh, tốc độ cao, thuận tiện trong vận hành và
bảo dưỡng,… còn có khả năng khởi động trực tiếp. Vì vậy, LSPMSM
sẽ là một trong những giải pháp thay thế cho động cơ KĐB trong một
số lĩnh vực trong thời gian tới. Mặc dù LSPMSM có nhiều ưu điểm,
nhưng LSPMSM có nhược điểm là quá trình khởi động phức tạp.
Sau khi nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM và một số
yếu tố ảnh, luận án đã có một số đóng góp mới:
- Đề xuất mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của
LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng
mặt ngoài.
- Đề xuất phương pháp mô hình tham số tập trung để tính toán
đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq của
LSPMSM có xét đến ảnh hưởng bão hòa mạch từ.
- Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt ngoài ảnh hưởng đến quá
trình khởi động của LSPMSM.
- Thiết kế và chế tạo động cơ LSPMSM mẫu 3 pha, 2,2 kW, tốc
độ 1.500 vg/phút và thực nghiệm đặc tính khởi động, hiệu suất và hệ
số công suất.
Với kết quả mô hình toán và mô phỏng mô hình sẽ giúp cho các

nhà thiết kế, chế tạo, đánh giá và điều chỉnh các thông số để
LSPMSM có được đặc tính khởi động phù hợp.
Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo:
1. Nghiên cứu ứng dụng một số vật liệu tiên tiến trong thiết kế
động cơ (vật liệu NCVC, vật liệu thép kỹ thuật điện hiệu suất cao,
…) để nâng cao hiệu suất cho LSPMSM.
2. Nghiên cứu một số dạng cấu hình đặc biệt khác của
LSPMSM.
3. Nghiên cứu một số phương pháp trong điều khiển để cải thiện
đặc tính khởi động của LSPMSM.
4. Nghiên cứu kết cấu răng, rãnh rôto để tối ưu hiệu suất trong
thiết kế, chế tạo LSPMSM.

24