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 (Luận án tiến sĩ)

u c a riêng tôi. Các s li u, k t qu tính
c ai công b trong b t c

toán trình bày trong Lu n án này là trung th
công trình nào khác.

Hà N i, ngày

T P TH

c Hùng

NG D N KHOA H C

PGS. TS. Nguy

tháng

Nghiên c u sinh

Lê Anh Tu n

i

8


hoàn thành lu n án này, tác gi
c tiên bày t l i c
sâu s c nh
n hai

th y giáo
ng d n khoa h c tr c ti p là
c Hùng và PGS. TS. Nguy n Anh
luôn dành nhi u công s c, th
ng viên và t
ng d n
nghiên c u sinh trong su t quá trình th c hi n lu n án.
Tác gi xin chân thành c

tr và
nghiên c u sinh hoàn thi n lu n án.

Tác gi chân thành c
các th y, cô B môn Thi t b
nn t , Vi
n và
Vi
ih ci h c Bách khoa Hà N
om
u ki
nghiên c u sinh
u ki n thu n l i nh t v th
v t ch t trong quá trình
th c hi n lu n án.
Tác gi
Phòng T ch
t om
u ki n

l ic

ct
o và toàn th anh/ch trong
ng ti
T
n l c - TKV là
công tác
tác gi thu n l i v th i gian h c t p và nghiên c u lu n án.

Tác gi trân tr ng c
ph n ch t
N
om i
u ki n cho tác gi trong công tác gia công và ch t o m u th nghi m LSPMSM.
Tác gi trân tr ng c
n Nghiên c u qu c t v Khoa h c & K thu t tính toán
u ki n thu n l i cho phép tác gi s d
ph n m m
ANSYS/Maxwell 2D th c hi n các bài toán mô ph ng FEM cho LSPMSM.
Tác gi xin g i l i c
vào s thành công c a lu n án.

i các b n bè

ng viên,

v m i m t góp ph n

Cu i cùng, tác gi dành l i c
i b m , v và các con
ng viên và h

tr v v t ch t và tinh th n cho tác gi nh
t m i nh
tác gi yên
tâm trong quá trình nghiên c u, góp ph n không nh vào thành công c a lu n án.
Tác gi lu n án

Lê Anh Tu n

ii


L

................................................................................................................... i

L IC

........................................................................................................................ ii

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

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

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

TH ...................................................................xiii

U

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

1.1 L ch s phát tri n c a LSPMSM ................................................................................ 3
m c a LSPMSM.............................................................................................. 4
m c a LSPMSM......................................................................................... 4
1.4 Các nghiên c

c và th gi i v LSPMSM................................................. 4

1.4.1 Các nghiên c

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

1.4.2 Các nghiên c u trên th gi i............................................................................. 4
1.5 K t lu n..................................................................................................................... 13
C TÍNH KH
NG
C A LSPMSM.................................................................................................. 15
ng b t ng quát ....................................................................... 15
2.2 Mô hình toán LSPMSM............................................................................................ 18
2.3 Mô ph ng LSPMSM................................................................................................. 21
2.3.1 Mô ph ng LSPMSM t mô hình toán ............................................................ 21
2.3.2 Mô ph ng LSPMSM t các ph n m m ng d
ph n t h u h n .............................................................................................. 27
2.4 K t lu n..................................................................................................................... 31
UT
C TÍNH KH

NG
C A LSPMSM.................................................................................................. 33
3.1 Các y u t

c tính kh

ng c a LSPMSM.................................. 33

3.1.1

ng bão hòa m ch t
nc mt
ng b d c tr c
và ngang tr c Lmd, Lmq .................................................................................... 33

3.1.2

ng c a hi u ng m t ngoài................................................................ 53

3.1.3

ng c a bão hòa m ch t

3.1.4

ng c a nhi

3.1.5

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

n kháng t n stato, rôto x1

2 ......... 60

.................................................................................. 64

iii


3.2 T ng h p các y u t chính

c tính kh

ng c a LSPMSM ........ 69

3.2.1 Mô hình toán c a LSPMSM xét
ng c a bão hòa m ch t
và hi u ng m t ngoài..................................................................................... 69
MATLAB/Simulink v i m ch t hi u ch

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

3.2.3 K t qu mô ph ng........................................................................................... 74
3.2.4 So sánh k t qu mô ph ng v
ng h
xu t
n t h u h n.................................................................... 76
3.3 Kh o sát n
ch

ng
c NCVC
c tính kh
ng LSPMSM và l a
c NCVC LSPMSM 2,2 kW .............................................................. 80

3.3.1 LSPMSM v

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

3.3.2 LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau ....................................................... 84
3.3.3 L a ch
3.4 K t lu

c NCVC cho LSPMSM 2,2 kW ...................................... 87
3..................................................................................................... 87

C NGHI

T QU ............................................. 89

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

ng d ng LabVIEW và Card NI USBn
và t
kh
ng LSPMSM ................................................................................. 89
4.2.1 Gi i thi u ph n m m LabVIEW..................................................................... 89

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

4.3 Mô hình thí nghi m LSPMSM ................................................................................. 92
n................................................................................................... 92
LSPMSM ....................................................................................... 93
4.4 LSPMSM 2,2 kW th c nghi m ................................................................................ 95
4.4.1 C u hình rôto LSPMSM ................................................................................. 95
4.4.2 Gia công NCVC.............................................................................................. 95
4.4.3 Hoàn thi n rôto ............................................................................................... 96
4.4.4 L p ráp LSPMSM........................................................................................... 96
4.4.5 Bàn th nghi m LSPMSM ............................................................................. 97
4.5 K t qu mô ph
c tính t
n kh
ng LSPMSM
ch
không t i..................................................................................................... 98
n kh
c tính t
4.6 K t lu

kh

ng......................................................................... 98
ng............................................................................... 99

................................................................................................... 101

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

iv


TÀI LI U THAM KH O ................................................................................................. 103
Ti ng Vi t ..................................................................................................................... 103
Ti ng Anh ..................................................................................................................... 103
DANH M

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

PH L

..110

PH L C A .................................................................................................................... 110
PH L C B ...................................................................................................................... 130
PH L C C ...................................................................................................................... 137

v


A

Wb.m-1

Ag

m2

Am

m2

Asy

m2

Ast

m2

Ary

m2

Ary1

m2

Ary2

m2

Art
a
a1
B
B

m2

m
Tesla
Tesla

Bg

Tesla

Br

Tesla

Bsy

Tesla

Bst

Tesla

Bry

Tesla

Bry1

Tesla

Bry2

Tesla

Brt

Tesla

Bs
b
b41

Tesla
m
m

b42

m

Cbh
C1
C2
c
c'
cv

m
m

vi

D
Dn
D'
Dt

m
m
m
m

d

m
m
m

d1

m

d2
E0
f
f2

m
V
Hz
Hz

Fds

A

Fg

A

Frt

A

Fst

A

Fsy

A

Fqs

A

Fry

A

Fry1

A

Fry2

A

Fztb
FEM
f
g,
g'
g"d

A
Hz
m
m
m

g"q

m

Hc

A/m

Hsy

A/m

Hst

A/m

Hry

A/m

Hry1

A/m

Hry2

A/m

hr2

m

hm
IM

m

Dv
d

do NCVC sinh ra

ds

qs

to

vii


IPM
I

A

ids

A

iqs

A

In

A

Inbh

A

Ik
ia , ib , ic

A

JR

A
kg.m2

=1
s=1

Mômen quán tính rôto

kC
K
k
kd1

i stato

kdq1, kW
k
k
k
kfq
kfd

kFe
k L(s)
k R(s)
kbh
kbhx1
kbhx2
krl
ky1
LSPMSM
LPM
Ld

H

Lq

H

Lls

H

Lmd

H

Lmq

H

lr

H

r0

H

viii


r2

H

r2~

H

lm

m

l1

m

l2

m

l1

m

l

m

lsy

m

lst

m

lry

m

lry1

m

lry2

m

m

NCVC
n
PMSM
P

vg/ph

Pout

W

Pg

Wb/A.vg

Pm
p
Rg

Wb/A.vg

Rbm

A.vg/Wb

Rm0, Rm

A.vg/Wb

Rmm

A.vg/Wb

Rml

A.vg/Wb

Rry

A.vg/Wb

Rry1

A.vg/Wb

Rry2

A.vg/Wb

Rst

A.vg/Wb

Rsi

M

ài

stato

W
ê

A.vg/Wb
NCVC

Bán kính trong lõi thép stato

r1

ato

r2
r'2
s=1

rn

ix


rtd
r'td
td~

rv
r'v
Sr2

m2

Std

m2

Sv
s
M

m2
N.m

M

N.m

t1

m

t2

m

uas, ubs, ucs

V

Mômen

ur
xad
xaq
xd
xq
x1
x1bh
x2
x'2
r2

x'2

bh

s=1

xn
xn

bh

w1, Nph

Vòng

wm

m

Vm

m3

Z2
Z1
s=1

zn

và bão hòa

zn

x


T.m/A

0
rec

rad
Al(75)

.m

Cu(75)

.m

r

m

s

m

y1

m

'M

Wb

d,

q

Góc xoay rôto
0
0

C

C

Wb

M1

Wb

g

Wb

rt

Wb

st

Wb

sy

Wb

ry

Wb

ôto

ky1

-

i
T

0

-1

( C)
M

t1
t1bh
t2
t2bh

1

r1
r1bh
r2

s=1

r2
r2 bh

s=1

st
rt

%

xi


B ng 2.1 Các hàm gi i g

............................. 22

B ng 2.2 Thông s LSPMSM 2,2 kW, 3 pha, t

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

B ng 3.1 K t qu

c tính Lmq v

................. 41

B ng 3.2 K t qu

c tính Lmd v

................. 50

B ng 3.3

n tr su t ,

B ng 3.4 Giá tr

.mm2/m ................................................................................... 64

n tr stato, rôto theo nhi

............................................................... 65

B ng 3.5 Thông s qu t ly tâm VTL 4B 03........................................................................ 67
B ng 3.6 Thông s LSPMSM 2,2 kW xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t .......... 74
B ng 3.7 K t qu

c tính Lmd v i ba

B ng 3.8 Thông s LSPMSM 2,2 kW v

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

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

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

dày NCVC khác nhau ............. 83

c tính Lmq v i ba b r ng NCVC khác nhau ..................... 85

B ng 3.12 B ng t ng h p E0 v i ba b r ng NCVC khác nhau ......................................... 85
B ng 3.13 Thông s LSPMSM 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau ............................. 85
B ng 3.14 Mômen t i c
i LSPMSM 2,2 kW kh
c v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 86
B ng 3.15 Hi u su t và h s công su t LSPMSM v i b r ng NCVC khác nhau............ 86
B ng 3.16 Tiêu chu n hi u su t c

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

B ng 3.17 Thông s LSPSM 2,2 kW v
c NCVC
c l a ch n
và SCIM 3K112-S4 ch
v n hành xác l p................................................. 87

xii


- C u hình c

Hình 1.1
Hình 1.2 Các d

u tiên .............. 5

ng tr c ti p ................................................................... 8

Hình 1.3 Tám c u hình LSPMSM ph bi n ........................................................................ 9
Hình 1.4 C u hình rôto LSHIPMM ................................................................................... 12
Hình 1.5 C u hình LSPMSM do H. Saikura và c ng s
Hình 1.6 C u hình và m

Hình 2.2

t thông c a LSPMSM khi phân tích b ng FEM ............... 13

t ng quát c

Hình 2.1

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

ng b ............................................................... 15

t ng quát c
dây qu n ph n ng

ng b có dây qu n ph n
t stato,
rôto ................................................................................... 15

Hình 2.3

m

n thay th tr c d c a LSPMSM................................................... 20

Hình 2.4

m

n thay th tr c q c a LSPMSM................................................... 20

Hình 2.5 Kh i bi

i uabc sang udq ................................................................................... 22

Hình 2.6 Kh i tính toán dòng d c tr c và ngang tr c......................................................... 23
Hình 2.7 Kh i bi

c ................................................................................... 24

Hình 2.8

c mô ph ng b ng MATLAB/Simulink .......................... 24

Hình 2.9

ng b 3 pha 3K112-S4, 2,2 kW, 1.450 vòng/phút - HEM ..... 25

Hình 2.10 LSPMSM 2,2 kW
c hi u ch nh t
3 pha
ng b

3K112-S4 ........................................................................................................... 25
Hình 2.11
Hình 2.12

dây qu n LSPMSM 3 pha, 2,2 kW.......................................................... 26
c tính kh

ng c a LSPMSM..................................................................... 27

Hình 3.1

m ch t LPM tính giá tr Lmq c a LSPMSM............................................. 35

Hình 3.2

3 pha, 2,2 kW, b n c c................................... 36

Hình 3.3

thu t toán tính toán Lmq = f(iqs)................................................................ 37

Hình 3.4 C u hình LSPMSM th nghi m .......................................................................... 38
Hình 3.5

i ph n t h u h n LSPMSM th nghi m ............................................... 38

Hình 3.6

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

Hình 3.7

c tính Lmq = f(iqs) v

kW........................... 39

Hình 3.8 T thông LSPMSM th nghi m 2,2 kW khi tính toán Lmq ................................. 40
Hình 3.9

c tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW...................................... 40

Hình 3.10

c tính Lmq = f(iq) v i thép B50-A800 s d ng PTHH(FEM) và LPM........... 41

Hình 3.11

c tính Lmd = f(ids) do Mirahki và Lovelace tính toán cho IPM ...................... 43

Hình 3.12 M ch t LPM lu

xu

c tính Lmd = f(ids) ....................... 44

xiii


n c a barrier t không khí ................................................ 45

Hình 3.13
Hình 3.14 M ch t LPM rút g

tính toán Lmd .............................................................. 46

Hình 3.15

thu t toán tính toán Lmd = f(ids) ............................................................. 47

Hình 3.16

c tính Lmd = f(ids) LSPMSM 2,2 kW th nghi m, 3 pha, 2,2 kW.................. 48

Hình 3.17

i ph n t h u h n khi mô ph
tính toán Lmd
v i Maxwell 2D ................................................................................................. 48

Hình 3.18 T thông c a LSPMSM 2,2 kW khi tính toán Lmd ............................................ 49
Hình 3.19

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

Hình 3.20

xu

... 50

Hình 3.21 Phân b m

t thông trong LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i ids = 2A...... 51

Hình 3.22 Phân b m

t thông trong LSPMSM 2,2 kW v i ids = 20A....................... 51

Hình 3.23 M

n thay th tr c d khi xét
ng c a bão hòa m ch t
nc mt
ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq ............................. 52

Hình 3.24 M

n thay th tr c q khi xét
ng c a bão hòa m ch t
nc mt
ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq ............................. 52

Hình 3.25

c tính kh
ng c a LSPMSM xét
ng bão hòa m ch t

nc mt
ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq, J = JR .................. 53

Hình 3.26 Phân b t

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

Hình 3.27 Ti t di n c t ngang c a m t rãnh rôto l ng sóc ................................................. 55
Hình 3.28

c tính k R(s) c a LSPMSM th nghi m ........................................................ 56

Hình 3.29

c tính k L(s) c a LSPMSM th nghi m......................................................... 57

Hình 3.30

m

n thay th tr c d hi u ch

n hi u ng m t ngoài .......... 58

Hình 3.31

m

n thay th tr c q hi u ch

n hi u ng m t ngoài .......... 58

Hình 3.32

c tính kh

ng c a LSPMSM xét hi u ng m t ngoài ............................... 58

Hình 3.33

c tính kh

ng c a LSPMSM không xét hi u ng m t ngoài .................... 59

Hình 3.34

m
n thay th tr c d xét
ng bão hòa m ch t
và hi u ng m
n x1 2 2 ................................................................ 62

Hình 3.35

m
n thay th tr c q xét
ng bão hòa m ch t
và hi u ng m
n x1 2 2 ................................................................ 63

Hình 3.36
Hình 3.37

c tính kh

ng LSPMSM xét hi u ng m t ngoài và bão hòa m ch t t n 63

c tính kh
ng c a LSPMSM t i m t s nhi
ng làm vi c
khác nhau, J = JR, Mt i = M ............................................................................. 65

Hình 3.38

c tính kh

ng LSPMSM v i t i qu t gió .................................................. 67

Hình 3.39

c tính kh

ng LSPMSM v i các mômen quán tính khác nhau ................ 68

xiv


Hình 3.40

m

n thay th tr c d hi u ch nh c a LSPMSM ............................... 70

Hình 3.41

m

n thay th tr c q hi u ch nh c a LSPMSM ............................... 71

Hình 3.42 M t s
có xét

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

Hình 3.43 M t s
kh i tính toán ids, iqs, idr, iqr xét
ng bão hòa
và hi u ng m t ngoài........................................................................................ 72
Hình 3.44

kh i tính toán ids có xét

ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài . 72

Hình 3.45

kh i tính toán iqs có xét

ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài . 73

Hình 3.46

kh
và hi u ng m t ngoài

qr

dr,

Lls, r có xét
ng c a bão hòa
.................................................................................... 73

Hình 3.47

kh

dr

xét

ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài..... 74

Hình 3.48

kh

qr

xét

ng c a bão hòa và hi u ng m t ngoài..... 74

Hình 3.49

c tính kh
ng LSPMSM có xét
ng c a bão hòa
và hi u ng m t ngoài, J = JR............................................................................. 75

Hình 3.50 Khai báo tính toán

ng c a hi u ng dòng xoáy trong Maxwell 2D...... 76

Hình 3.51 L a ch
Hình 3.52

i ph n t h u h n cho thanh d n l ng sóc.................. 77
i ph n t h u h

c khi mô ph ng LSPMSM................................ 77

Hình 3.53

ng t thông LSPMSM t i th
m t = 0,0005
c mô ph ng b i
Maxwell 2D ....................................................................................................... 77

Hình 3.54

c tính t
và dòng kh i
c mô ph ng b ng
ANSYS/Maxwell 2D ......................................................................................... 78

Hình 3.55

c tính t
c mô ph ng b ng ANSYS/Maxwell 2D
và MATLAB/Simulink ...................................................................................... 79

Hình 3.56 C u hình c a LSPMSM th nghi m v i m t s

dày NCVC khác nhau....... 81

Hình 3.57

c tính Lmd = f(ids) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i ba dày NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 81

Hình 3.58

c tính t
kh
ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i
dày NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 83

Hình 3.59 C u hình LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC khác nhau........... 84
Hình 3.60

c tính Lmq = f(iqs) c a LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 84

Hình 3.61

c tính t
kh
ng LSPMSM th nghi m 2,2 kW v i b r ng NCVC
khác nhau ........................................................................................................... 86

Hình 4.1 M t ng d ng c

u khi n quá trình ................................... 90

Hình 4.2 Thi t b OEM NI USB-6009................................................................................ 91
Hình 4.3

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

xv


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

ng dòng pha LSPMSM............................................ 93

Hình 4.6 Kh

g pha LSPMSM............................................... 93
i................................................................................................ 94

Hình 4.7
Hình 4.8 Thi t k giao di

c tính t

Hình 4.9 Kh

c tính t

Hình 4.10 C u hình rôto LSPMSM th c nghi m khi

n LSPMSM 94
n LSPMSM...... 95
...................... 95

u NdFeB s d ng trong LSPMSM th nghi m................... 96

Hình 4.11
Hình 4.12 Quá trình l

t LSPMSM th c nghi m .......................................................... 96

Hình 4.13 Ph i ghép LSPMSM th c nghi m ..................................................................... 97
Hình 4.14 Th nghi m LSPMSM v i t i máy phát............................................................ 97
Hình 4.15

c tính dòng kh

ng LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB khi không t i ....... 98

Hình 4.16

c tính dòng kh

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

Hình 4.17

c tính dòng kh

ng mô ph ng và th c nghi m LSPMSM 2,2 kW........... 99

Hình 4.18
Hình 4.19

c tính t
kh
ng c a LSPMSM 2,2 kW v i MATLAB
khi không t i ...................................................................................................... 99
c tính t

kh

Hình A.1 M t s hình nh c
Hình A.2 C u t o s

Hình A.3 C u t o rãnh s

c t c a LSPMSM 2,2 kW khi không t i .... 100
-S4 HEM................................................. 110
-S4 HEM ............................................................ 110
2-S4 HEM .................................................... 111

Hình A.4 C u t

-S4 HEM.............................................................. 118

Hình A.5 C u t

-S4 HEM...................................................... 118

Hình B.1 C u trúc rôto LSPMSM .................................................................................... 131
Hình B.2 M ch t thay th

a LSPMSM .................................................. 131

xvi


trong
am

Tuy nhiên
.
,
ban hành

chính

,
(LSPMSM)
(
)

thay
.

LSPMSM
- Hi u su t bi
- Kh

ng tr c ti p t

- So v i
g n
.

n-

n.
i.

cùng công su t, có th ch t o LSPMSM có

- LSPMSM thu c
xúc, vì v y s có tu i th cao, d b

c nh

ng b NCVC, m t d ng c
ng trong quá trình v n hành.

không ti p

Bên c nh nh
m, LSPMSM t n t i n
m chính là khó kh
ng. Quá
trình kh
ng còn ph c t p b i s có m t mômen do NCVC sinh ra và mômen này
không th
quá trình m máy [5].
c u c tính kh
ng LSPMSM s
ph bi n lo i ng
. Vì v y, Nghiên c
c tính kh
ng b
u
kh
ng tr c ti
n
ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài
là c p thi t và có tính th i s cao trong th
m hi n nay.

Xây d ng mô hình toán

nghiên c u c tính kh
ng c a LSPMSM
y u t bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài. T
c tính kh
nh ng y u t , thông s chính
n quá trình kh
ng.

n

ng nghiên c u
tr c ti

ng nghiên c u c a lu
ng b
m v hi u su t và h s công su t khi v n hành.
1

u kh

ng


Ph m vi nghiên c u
Nghiên c u quá trình kh
ng c a LSPMSM
m ch t và hi u ng m t ngoài và th c nghi m v

n

ng c a bão hòa
t 2,2 kW.

th c hi
tài lu n án, NCS s d
pháp nghiên c u lý thuy
nghi m.

c

c
Xây d ng
c mô hình toán và mô ph ng quá trình kh
n
ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài.

ng c a LSPMSM có xét

c ti n
K t qu nghiên c u s giúp ích cho các nhà thi t k , ch t o
k tc
có c tính kh
ng c a LSPMSM phù h p.

giá

u ch nh

n án
xu t mô hình toán và mô ph ng c tính kh

ng c a bão hòa m ch t và hi u ng m t ngoài.

ng c a

xu
nh tham s t
hóa ng b d c tr c, ngang tr c Lmd, Lmq c a LSPMSM
m ch t .

n nh

n

nc mt
ng bão hòa

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

Ph n m

u

t lu n và ki n ngh và 3 ph l c, c th :
ng quan
án và mô ph

Các y u t
Th c nghi m
K t lu n và ki n ngh
Ph l c

c tính kh
c tính kh
t qu

2

ng c a LSPMSM
ng c a LSPMSM


LSPMSM
ng b NCVC kh
ng tr c ti
phát tri n lâu dài, có th tóm t
[63]:
u tiên
thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn ch nh
các thanh NCVC
c ch t o t

Ferrite và h p kim Alnico. Tuy nhiên, NCVC Alnico có h s l c kháng t Hc th p, kh
nh nhi t không cao, NCVC Ferrite l i có m
t thông
Br th
giòn
cao.
hai v t li u NCVC
c tính kh t phi tuy n m nh, vì
v y s m t d n t tính trong quá trình ho
ng. T i th
m Merrill phát minh
LSPMSM
c tính t tính không t t c a NCVC
h n ch kh
bi
m i i v i lo i
m i y tri n v ng này. Ti p theo s phát minh c a Merrill, có
m t vài t ch c và nhà s n xu
uan tâm
LSPMSM. Khi công ngh
v t li u NCVC phát tri n v i m t s thành t
thì m
iv i
ng b NCVC (PMSM)
c ngo t xu t hi n vào nh ng
1980 cho ngành ch t
, v t li
t hi m
i.
t

hi m Neodymium Iron Boron (NdFeB)
t
có m
t
tích s
ng c
i (BHmax) l n [25], [53] r t phù h p trong ch t
n,
c bi t là LSPMSM. Trong gi a th p k 80, các nghiên c u ch y u t p trung vào quá
trình v n hành xác l p c a LSPMSM và
ch ng minh
m v hi u su t c a dòng
. Ti p sau , quá trìn
c nghiên c u thông qua mô hình toán phân
tích
c vi t theo h tr c t
d-q c
. Cu i th
tích ph n t h u h n b
u
c ng d
mô ph
ng b và kh
ng
LSPMSM
nh ng v
quan tr ng nh t trong thi t k
. cùng th
m,
c

ng thông s
nt h uh n
c phát tri n m nh m . Sau kho ng th i gian 10 ti p theo,
cs n
xu t công nghi
i ta b t
n
c phát tri n và ng
d ng trong công nghi p xu t phát t nhu c u v
u su t cao, chi phí v n hành
th p. Bên c
ng ng d ng LPSMSM trong công nghi p còn do LSPMSM
ng các tiêu chu n qu c t
nh hi u su
iv
n ngày càng cao. Trên
th c t ,
có nhi u
nh tiêu chu n hi u su
ng
c ban hành t i M (1992), Canada (1997) và g
y là Liên minh châu Âu vào tháng 6
n IEC 60034-30-1:2014. T i Vi
n
qu c gia TCVN 7540-1: 2013
c ban hành.
th
m hi n t i, LSPMSM
c t p trung nghiên c u v i các c u hình khác nhau, các thi t k m i liên t
c phát

minh nh m m
dàng ch t
tk
l
n hành.

3


1.2.

LSPMSM

Theo [18], so v
rôto dây qu
- Hi u su t bi

th
n-

m hi
:
ng b , LSPMSM có

rôto l ng sóc,
m sau:

n.

- H s công su t cao, th m chí có th b ng m t.

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

ng tr c ti p t

i.

Chính vì nh ng tính ch t trên mà LSPMSM hi n
c nghiên c u sâu r ng và k
v ng s thay th
(hi
c s d ng ph bi n) trong m t s
v c trong th i gian t i.

1.3

m
Bên c
khó kh

LSPMSM

m, LSPMSM còn t n t i
ng.

m l n c n ph i kh c ph c [5], [14]:

1.4

LSPMSM

1.4.1

c

Hi
nghiên c u:

c các nghiên c u v

u, có th tóm t t m t s

c Hùng và c ng s (2013) [3] nghiên c u thi t k và ch t o PMSM có công
su t
i 1 kW. Các tác gi nghiên c u, thi t k và ch t
PMSM
công su
i 1 kW có tính ng d
i s ng.
Nguy
(2015) [8] nghiên c u thi t k t
ng b 3 pha NCVC
(LSPMSM). Trong nghiên c u, tác gi t p trung xem xét thu t toán thi t k , ch t o hoàn
ch
ng b 3 pha NCVC kh
ng tr c ti p t
n, t

c hi n t i
nâng cao hi u su t, h s công su t cos và gi m th tích NCVC
t o
theo công ngh
xu t.
1.4
th

m hi n t i, các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM
ng do v t li u
NCVC t hi m ngày càng r và s
, tiêu chu n qu c t
các
c hi
u yêu c u hi u su t i v i
n ngày càng cao, trong khi ng
g
n
ng hi u su t t
, vi c nâng cao hi u su t g p
[16]. Vì v y LSPMSM
cs
c quan tâm t các nhà nghiên c u và s n
xu
.
c các nghiên c u trên th gi i v LSPMSM có th k
F. W. Merrill [63]
c coi
u tiên thi t k , ch t o m t LSPMSM hoàn
ch nh

i th
NCVC
ng là Ferrite (oxít s t) ho c h p kim
AlNiCo (h p kim c a niken, nhôm, coban cùng v i vi c k t h p m t s ch t ph gia khác).
Hình 1.1 bi u di n m t c t ngang
do
p
4


t thông (A, B, C và D). V i c
c b qua.

Hình 1.1

n mômen t tr c

- C u hình c a LSPMSM nam châm AlNiCo (ngu n: [63])

K. J. Binns và Banard (1971) [50] nghiên c
u su t c a m t dòng
. Các tác gi kh
nh, b ng vi c thêm vào các thanh
NCVC trong c u trúc rôto, hi u su t và h s công su t c a
c nâng cao
, không c n ph i có c u trúc rôto ph c t p hay công ngh ch t o chi phí l n
kèm.
heo các tác gi ,
và xác l p c a LSPMSM c n có
m t mô hình toán v i các thông s

u vào ph thu c c
(c u hình stato,
rôto, v trí các thanh nam châm, các t m c n t ,
[51].
Honsinger (1980) [78] nghiên c u
xu t mô hình toán c a LSPMSM
c vi t theo
h t
d, q v i các thông s
nc
n tr stato và rôto, t thông
không t i do NCVC sinh ra, Do công ngh tính toán th
m này
n nên
Honsinger không tr c ti p gi i bài toán vi phân, mà thông qua mô hình toán Honsinger xây
d ng các
(mômen l ng sóc) và mômen c n
i d ng
các hàm s gi i tích.
[79], Honsinger nghiên c u
tính
toán LSPMSM ch
v n hành xác l p có t
n t n hao s
xu
u tiên ng d ng lý thuy
ng b
ng b ng cách
s d ng các
c hi u ch nh thông qua b sung m ch t ph . P

pháp th hai ng d ng t ng tr
n, tr
t ng tr
c hi u ch
n
ng c a t n hao s t. Tác gi k t lu n, khi thi t k ph i tính toán chi ti t các t n hao,
c bi t i v
t nh
có t n th t s t, t n th t ng n m trong gi i
h n m b o ch tiêu v m t hi u su t. Honsigner (1982) [80] nghiên c u tính toán m t s
thông s
n c a LSPMSM:
nc mt
ng b d c tr c (Lmd),
n c m t hóa
ng b ngang tr c (Lmq), s
ng c m ng không t i (E0). Honsinger nghiên c u
m ts c
nc
c
n s gi i quy t c u hình khác ph c
t
Trong nghiên c u, Honsinger
ng
c tính c a LSPMSM ch
v n hành xác l p ph thu c nhi u vào các thông s s
ng c m ng không t i E0,
nc mt
ng b d c tr c và ngang tr c (Lmd, Lmq).
T. J. Miler (1984) [72] nghiên c u quá trình kh

ng c a LSPMSM,
tác gi
t p trung nghiên c u phân tích sâu nh
ng c a các thông s chính. Miller cho r ng
5


trong quá trình kh
ng, mômen n t t ng là t h p c a các thành ph n mômen
(induction torque), mômen t tr (reluctance torque) và mômen c n do NCVC sinh ra
(braking torque). Trong các thành ph n mômen, mômen do NCVC sinh ra làm cho t ng
mômen kéo gi m, d
n quá trình kh
ng c a LSPMSM g p
. Miller k t
lu n, LS
td
n tr l ng sóc nh , s có kh
ng b hóa t
c bi
iv
t l n.
c l i, có th d n
n giá tr mômen m máy b suy gi m, t
ng h p này ph i thi t k l ng sóc kép.
Qua th c nghi m v
m 25 Hp, 3 pha, 460 V, t
1.800 vòng/phút,
Miller nh n m nh quá trình kh
ng là v

then ch t c a LSPMSM, vì v y trong khi
thi t k c n ph i l a ch n các thông s h p lý
m b o quá trình kh
ng c
ng
. Miller và c ng s (2003) [73] nghiên c u LSPMSM v i c u hình NCVC g n chìm.
Theo các tác gi , hi
ng bão hòa m ch t
c bi t ph c t
i v i LSPMSM g n
chìm do các ph n lõi thép bên trong k t c u lúc v n hành s có m
bão hòa khác nhau.
ôi khi bão hòa m ch t s
il
n giá tr
n c m và s
ng c m
ng NCVC. Tuy nhiên các giá tr này
cs d
n
th
n,
n áp
vì v y k t qu
c s có th không
m b o chính xác. Bên c
tính toán truy n th ng,
ph n t
h u h n (PTHH) v i kh
gi i quy t các bài toán

nt
ng v
chính xác cao
cs d
tính toán LSPMSM,
t
tính toán ch m. T
ác gi
xu
th s c t
ng - t thông (Flux - MMF Diagram)
tính toán mô
ph ng LSPMSM. Qua nghiên c u và th c nghi m, Miller kh
th
s ct
ng - t
xu t có th
nh các thông s Xd, Xq, E0
pháp PTHH,
nh các thông s trên
u ki n
v n hành không ph
ng.
M. A. Rahman, A. M. Osheiba và T. S. Radwan (1997) [54] nghiên c u quá trình kh i
ng LSPMSM. Tác gi nghiên c u mômen
n t t ng h p trong quá trình kh
ng.
Nghiên c u cho r ng mômen
n t t ng h p là t h p c a mômen trung bình th
m

v n hành xác l p
ng. Mômen trung bình s có tác d
ng b
n trong quá trình kh i
ng. T
trung bình và
ng, các tác gi
xu t
pháp tính toán mômen
n t t ng h p
nghiên c u quá trình kh
. Bên
c
ác gi
s d
n t t ng h p nghiên c u m t s
ng c a tham s
n quá trình kh
n áp, t n s ngu n c p, t
l c cl i
n áp không t i. K t qu tính toán t
t ng h p xu t s
c so sánh v i k t qu th nghi m trên m t LSPMSM m u. Qua nghiên c u v quá trình
kh
ng LSPMSM, các tác gi cho r ng các thông s c
ng c
u
n
kh
kh

ng. Các tác gi k t lu n v i LSPMSM có mômen kh
ng l n (có kh
ng v i mômen t i cao
n áp ngu n c p nh ) thì kh
ng b hóa l i
th p, ngoài ra t n s ngu n c p cao thì mômen
n t t ng h p sinh ra l i nh , bên c nh
kh
ng b c a LSPMSM còn ph thu c nhi u vào t l c c l i Xd/Xq.
Juliette Soulard, Hans - Peter Nee (2000) [48] nghiên c u quá trình kh
ng c a
LSMPSM. Nghiên c u ch ra r ng kh
kh
ng c a LSPMSM ph thu c nhi u vào
thông s
. M t s thông s ch u
ng c a m t s y u t khác
nhi
, vì
v y s khó
tính toán chính xác ch
phân tích, các tác gi
6


xu t

tính toán mômen t i ng d ng hàm Lyapunov. Các tác gi k t lu n,
nh mômen t i l n nh
kh

c. Bên c
có th
c ng d
xét
ng
c a các thông s
n kh
ng. Các tác gi
cho r ng
n áp
ngu n c
n tr rôto là hai thông s quan tr ng nh t
n kh
i
ng c
. Ngoài ra, p
xu t có th
nh mômen t i
ng i v i kh
ng v i
u ki
c và
ng d ng
u trong thi t k .
Ugale, Nagabhushanrao, Chaudhari và Bhasme (2008) [62] nghiên c u quá trình quá
c a LSPMSM khi ng t ngu n c p trong th i gian ng n. Theo các tác gi , LSPMSM
c thi t k v
u ki
n áp ngu n c p sin, t n s c
nh,

n áp
ngu n c p liên t c, cân b ng,
t ngu n c p, rôto s gi m t
t t ,t c
quay rôto gi m s khác v
ng h p
do s có m t c a NCVC trong
rôto. Trong quá trình gi m t c,
n còn t n t i t
c sinh ra b i
NCVC trong rôto, t
ng này c m ng s
ng kích thích sinh ra dòng c m ng
trong stato, dòng c m ng s sinh ra mômen c n làm cho quá trình gi m t c ch
Khi
n áp c p ph c h i tr l i, có s sai pha gi a s
ng kích t
n áp ngu n c p,
u này có th d
ng có h
c bi t là tác h
i v i NCVC. Tác h i do quá
trình m
n t m th i ph thu c ch y u vào lo i t i, vì v y khi thi t k ph
mb o
r ng NCVC s không b kh t
i tác h i trên. Ugale, Singh, Bake và Chaudhari (2009)
[61] nghiên c u hi u qu ti t ki
ng khi ng d ng LSPMSM trong ngành nông
nghi p

. Theo nghiên c u, t
c nông nghi p
3 pha, công
su t 5 Hp, 415 V, 7,3 A, b n c c, 50 Hz, hi u su t 85%, h s công su t 0,82 là lo i
c
s d ng ph bi n nh t.
so sánh các c u hình LSPMSM khác nhau.
c t n d ng t
5 Hp s
c thi t k l i l ng sóc
m b o kh
ng, bên trong lõi thép rôto t các thanh NCVC có hình d ng
khác nhau. Các tác gi nghiên c u 6 c u hình rôto ph bi n c a LS
hi u
su t c a t ng c u hình. Các tác gi
ghiên c u v i gi thi t
5 Hp
c
thay th b i LSPMSM trong th i gian m
, giá tr ph n
ng ti t ki m
c
i ích c a vi c thay th
ng LSPMSM. Các tác gi
k t lu n, v
c có n n kinh t m i n i ho
thì gi i pháp
ti t ki
ng là c n thi t. Bên c nh , do ch
n áp các vùng nông

nghi p, c bi t các vùng sâu, vùng xa r t th p, nên
hi
d ng v i
s
ng l n ch c ch n s
m b o hi u su
t k . Vì v y,
nâng cao hi u
su t
trong quá trình chuy
ng có th s d ng LSPMSM
thay th
. Nghiên c u kh
nh, v i l i ích kinh t nên ti p t c nghiên c u ng
d ng LSPMSM r
trong ngành nông nghi p
a, nghiên c
xu t
i công ngh ch t o hi
mb o
c s n xu t LSPMSM v i s
ng l n nh m
ng nhu c u s d
g lai.
.

.
D. Dolinar (2008) [76] nghiên c u so sánh LSPMSM v
. Các tác gi kh ng
nh ch

v n hành xác l p, LSPMSM có hi u su t và h s công su t l
t c LSPMSM thí nghi m
n áp và t
nh m c u v n hành v i nhi
th
nhi
v n hành c
. Nghiên c u k t lu n, LSPMSM có kh
kh
ng tr c ti p và có nhi
m trong v n hành nên
là lo i
7


thay th
i v i LSPMSM m t pha thì c n t kh
ng có giá
tr l n
iv
m b o kh
kh
ng tr c ti p. T.
(2010, 2011) [75], [77] nghiên c u m t s d ng
kh
ng tr c ti p.
ng tr c ti p
tr
nghiên c u và so sánh hi u su t gi a các d
này (hình 1.2). Tác gi cho r ng

tr có th là m t gi i pháp thay th
ng d
ng
t l n, lý do là nh m m b
c c n t (Flux Barrier
có
th kh
ng. Nghiên c u k t lu n, LSPMSM g n chìm v i nhi
m trong v n hành
ng nghiên c
thay th
, c bi t là d i công su t nh .
L ng sóc

T mc nt

u

tr
Hình 1.2 Các d

ng tr c ti p (ngu n: [27])

A. Takahashi, S. Kikuchi, K. Miyata, S. Wakui, H. Mikami, K. Ide, A. Binder (2008)
[21] nghiên c u mômen kh
ng c a LSPMSM. Các tác gi ng d ng mô hình toán
LSPMSM do Honsinger
xu t
mô ph ng quá trình kh
ng c

Nghiên
c u áp d ng tính toán cho LSPMSM thí nghi m 3 pha, 5 kW, t
3000 vòng/phút,
NCVC NdFeB. K t qu mô ph
c so sánh v i k t qu
c khi s d ng ph n
m m
ng d
PTHH. Các tác gi k t lu n v
xu t, mômen kh
ng s
c phân tích chi ti t, cho phép hi u sâu v
ng b c a LSPMSM. C ng v i các tác gi trên (2010) [22] nghiên c u quá trình kh i
ng và xác l p c a LSPMSM. Các tác gi nghiên c u hai lo i LSPMSM c c n và c c
l i. Thông qua ph n m m mô ph ng ng d
PTHH và k t qu
ng
th c t , các tác gi phân tích các c tính
và xác l p c a hai lo i LSPMSM. Các tác
gi k t lu n, LSPMSM c c l i có c tính kh
ng và v n hành xác l p t
LSPMSM c c n, hi u su t và h s công su
ng là 0,6% và 3,4%.
A. Takahashi, S. Kikuchi, H. Mikami, K. Ide, A. Binder (2012) [20] nghiên c u ng d ng
mô hình toán LSPMSM. Trong nghiên c u, các tác gi s d ng mô hình toán c a
LSPMSM vi t theo h tr c t
d, q hi u ch nh t mô hình do Honsinger
xu t, trong
qua hi u ng m t ngoài và các tham s t thông t n, t thông t
nh

b ng
Tác gi nghiên c u th c nghi m v i LSPMSM thí nghi m 3
pha, 2 c c, 5 kW, t
n áp 200V. Qua nghiên c u các tác gi k t
lu
c tính và mômen t i t i h n trong quá trình kh
ct
xu
nt h uh
y có th kh
nh
r n
xu
c tính kh
ng trong th i gian ng n.
D. Aliabad, M. Mirsalim, N. F. Ershad (2010) [14] nghiên c u c i ti n mômen, kh
kh
ng và ch
v n hành xác l p c a LSPMSM. Nghiên c
xu t m t
m máy
n d a trên cu
i c c stato,
cho phép
kh c ph
m khó kh
ng c a LSPMSM. V
xu t, ch
ng
c tính t

kh
ng
m mômen c
n tr l ng sóc trong
quá trình m máy, bên c
kh
ng b hóa
c c i thi n
.
8


D. Aliabad, M. Mirsalim (2012) [13] nghiên c u quá trình kh
ng và mô hình toán
LSPMSM. Các tác gi kh
nh,
i c c LSPMSM khi kh
ng có r t
nhi
m
c i thi n mômen kh
ng,
kh
ng b hóa và nâng cao
hi u su t ch
v n hành xác l p
i c c s xu t hi n m t vài
ng mômen có th làm
ng x u
ng khi

i c c ph thu c vào t
, th
ng này
l n có th d
n ch
v n hành không
nh, th m chí còn làm cho LSPMSM ho t
it
ng b . Vì v y c n thi t ph i nghiên c u
có th l i d ng tri t
mc
i c c khi kh
ng.
D. Stoia, S.
(1997)
[35] nghiên c u quá trình kh
ng c a LSPMSM. Các tác gi
xu
toán mômen kh
ng LSPMSM thông qua gi
ng và thu th p d li u. Các
CIO-AD16JR t
thông s
u vào (
t
cao và
s là d li u trong khâu tính toán trên máy tính ng d
nc a
LSPMSM. K t qu
n t kh

ng theo th i gian, ho c các
thành ph n mômen ph thu
ng. V
i ph i
có s
th nghi m. D. Stoia, M. Cernat, K. Hameyer, D. Ban (2009) [33]
nghiên c u xu
c
m b o hài hòa quá trình
kh
ng và v n hành xác l p c
i m làm vi c c
c thi t k sao
cho có l i nh t v m t
ng.
ernat, K. Hameyer, D. Ban
(2010) [34] nghiên c
c tính kh
ng c a LSPMSM. Nghiên c u phân chia quá trình
kh
ng c a LSPMSM
o n: G
c, lúc này
dòng kh
ng cao, mômen
và mômen c
t giá tr c
i, khi t
nh
at

ng b s xu t hi n các kho ng gi m t c
n2l
n
ng b , lúc này LSPMSM
o tr
m cân b ng (t c
ng b
n 3 là
ng b hóa, mômen c n do NCVC sinh ra luôn
, mômen kéo l ng sóc gi m d n giá tr v không.
(2009) [44] nghiên c u
hình
n hình c a LSPMSM
ph bi n nh t (hình 1.3).

hi u su t v n hành xác l p m t s c u
nghiên c u tám lo i c u hình rôto LSPMSM

a)

b)

c)

e)

f)

g)

Hình 1.3 Tám c u hình LSPMSM ph bi n (ngu n: [44])

9

d)

h)