Nghiên cứu tác động của thanh dẫn rotor đến đặc tính của động cơ đồng bộ châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp LSPMSM

NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – THIẾT BỊ ĐIỆN

KỸ THUẬT ĐIỆN

Nghiên cứu tác động của thanh dẫn rotor đến đặc tính
của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực
tiếp (LSPMSM)

2016-2018 KHÓA 2016A

NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

HÀ NỘI 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Nghiên cứu tác động của thanh dẫn rotor đến đặc tính
của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực
tiếp (LSPMSM)
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – THIẾT BỊ ĐIỆN

MÃ SỐ: CA160055
KHÓA: CH2016A

NGUYỄN TRƯỜNG GIANG

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHÙNG ANH TUẤN

HÀ NỘI 2018


LỜI CAM ĐOAN
Tôi là Nguyễn Trường Giang, học viên lớp cao học Kỹ thuật điện - Thiết
bị điện niên khóa 2016 – 2018. Sau hai năm học tập và nghiên cứu, được
sự giúp đỡ của các thầy cô giáo và đặc biệt là Tiến Sỹ Phùng Anh Tuấn,
thầy giáo hướng dẫn tốt nghiệp của tôi, tôi đã đi đến cuối chặng đường để
hồn thành khóa học thạc sỹ.
Tơi đã quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là: “Nghiên cứu tác động của
thanh dẫn rotor đến đặc tính của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh
cửu khởi động trực tiếp (LSPMSM)”.
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của cá nhân tôi dưới sự
hướng dẫn của TS Phùng Anh Tuấn và chỉ tham khảo các tài liệu đã được
liệt kê. Tơi khơng sao chép cơng trình của các cá nhân khác dưới bất kỳ
hình thức nào. Nếu có tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Hà nội, ngày …. tháng …. năm 2018
Người hướng dẫn khoa học

Người cam đoan

TS. PHÙNG ANH TUẤN

Nguyễn Trường Giang


MỞ ĐẦU
Động cơ chiếm tỷ lệ tiêu thụ điện năng rất lớn trong nhóm máy móc tham
gia sản xuất cơng nghiệp (lên đến gần 70% - theo IEA). Do vậy bài tốn
nâng cao hiệu suất của động cơ nói chung luôn luôn được quan tâm trong
mọi lĩnh vực sản xuất cũng như nghiên cứu phát triển
Trong nhóm các động cơ có cơng suất trung bình, đề tài chọn đối tượng là
động cơ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp LSPMSM làm đối tượng
nghiên cứu. Đây là động cơ mới, được nghiên cứu ở Việt Nam trong thời
gian gần đây.
Một trong những đặc điểm của động cơ nam châm vĩnh cửu là không tự
khởi động được. Để khởi động loại động cơ này, cần có một số biện pháp
đặc biệt, trong đó có giải pháp là sử dụng lồng sóc của động cơ không
đồng bộ trong cấu trúc của động cơ nam châm vĩnh cửu. Tác động của
lồng sóc này nói chung và của thanh dẫn lồng sóc nói riêng đến khả năng
khởi động, hiệu suất, hệ số công suất, đặc tính cơ là một trong những bài
tốn kỹ thuật cần quan tâm. Đó cũng chính là nội dung nghiên cứu của đề
tài này.
Trong phạm vi luận văn với đề tài: “Nghiên cứu tác động của thanh dẫn
rotor đến đặc tính của động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động
trực tiếp (LSPMSM)” tập trung nghiên cứu các vấn đề về ảnh hưởng của
thanh dẫn rotor đến các đặc tính của động cơ.
Nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Khái quát về động cơ LSPMSM và chọn kiểu động cơ
nghiên cứu

Chương 2: Mơ phỏng và tính tốn thơng số động cơ theo mơ hình
trường
Chương 3: Nghiên cứu tác động của thanh dẫn rotor đến đặc tính của
động cơ LSPMSM có bề dày nam châm thay đổi
Để có thể hồn thành luận văn này tôi đã được sự hướng dẫn chỉ bảo tận
tình của TS Phùng Anh Tuấn và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ
môn Thiết bị điện - Điện tử, khoa Điện trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn.
Tơi muốn bày tỏ lịng biết ơn đến TS Phùng Anh Tuấn và các thầy cô
giáo trong bộ môn. Tôi cũng xin cảm ơn anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã
luôn ở bên cạnh động viên, hỗ trợ tơi hồn thành luận văn.
Đặc biệt, tơi muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến vợ của tôi; Người đã
luôn đồng hành, động viên tôi trong suốt thời gian dài để tơi có thêm động
lực hồn thành luận văn này.
Do thời gian có hạn, trình độ cịn hạn chế và khó khăn về tài liệu tham
khảo, luận văn chăc chắn khơng tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận
được sự thơng cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô và bạn đọc.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả luận văn

Nguyễn Trường Giang


Mục Lục
DANH MỤC HÌNH VẼ ..............................................................................................4
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................7
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................8
Chương 1

Khái quát về động cơ LSPMSM và chọn kiểu động cơ nghiên cứu ......9

1.1 Phân tính ưu nhược điểm của LSPMSM (so sánh với động cơ SM thông
thường và động cơ KĐB) ........................................................................................9
1.1.1

Ưu điểm ..................................................................................................9

1.1.2

Nhược điểm.............................................................................................9

1.2

Cấu tạo của động cơ đồng bộ SM và LSPMSM..........................................10

1.2.1

Động cơ đồng bộ SM có cuộn kích từ ..................................................10

1.2.2

Động cơ LSPMSM ...............................................................................12

1.2.3

Cấu trúc của động cơ sẽ nghiên cứu .....................................................14

1.2.4

Một số đường đặc tính của động cơ ......................................................20

Chương 2

Mơ phỏng và tính tốn thơng số động cơ theo mơ hình trường ...........23

2.1

Các loại thanh dẫn nghiên cứu trong luận văn ............................................23

2.2

Thanh dẫn rotor có dạng quả lê. ..................................................................25

2.2.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................25

2.2.2

Đặc tính dịng điện ................................................................................26

2.2.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................27

2.2.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................28

2.2.5 Cơng thức tính hệ số cơng suất của nguồn có điện áp vào hình sin và

dịng điện có các thành phần bậc cao.................................................................29
2.2.6
2.3

Hệ số cơng suất tính được:....................................................................30

Thanh dẫn rotor có dạng hình trịn. .............................................................30

2.3.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................30

2.3.2

Dịng điện ..............................................................................................31

2.3.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................33

2.3.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................34

2.3.5

Hệ số công suất: ....................................................................................34

2.4

Thanh dẫn rotor có dạng hình vng. ..........................................................34
1


2.4.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................34

2.4.2

Dịng điện ..............................................................................................36

2.4.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................38

2.4.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................39

2.4.5

Hệ số công suất: ....................................................................................39

2.5

Bảng so sánh giữa 3 loại thanh dẫn .............................................................39

2.5.1

Đặc tính khởi động................................................................................39

2.5.2

Đặc tính dịng điện ................................................................................42

2.5.3

Đặc tính hiệu suất, hệ số công suất .......................................................42

2.5.4

Kết luận .................................................................................................42

Chương 3 Nghiên cứu ảnh hưởng của thanh dẫn rotor đến đặc tính của động cơ
LSPMSM có bề dày nam châm thay đổi ...................................................................43
3.1

Qúa trình khởi động của động cơ LSPMSM: ..............................................43

3.2

Thanh dẫn rotor có dạng quả lê. ..................................................................47

3.2.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................47

3.2.2

Dịng điện ..............................................................................................49

3.2.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................50

3.2.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................51

3.2.5

Hệ số cơng suất: ....................................................................................52

3.3

Thanh dẫn rotor có dạng hình trịn. .............................................................52

3.3.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................52

3.3.2

Dịng điện ..............................................................................................54

3.3.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................56

3.3.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................56

3.3.5

Hệ số công suất: ....................................................................................57

3.4

Thanh dẫn rotor có dạng hình vng. ..........................................................57

3.4.1

Đường đặc tính mơ men và tốc độ động cơ ..........................................57

3.4.2

Dịng điện ..............................................................................................59

3.4.3

Tính tốn cơng suất điện đầu vào Pin, Pcơ: ............................................61

3.4.4

Hiệu suất của động cơ: ..........................................................................61

3.4.5

Hệ số công suất: ....................................................................................62

3.5

Bảng so sánh giữa 3 loại thanh dẫn .............................................................62

3.5.1

Đặc tính khởi động................................................................................62
2


3.5.2

Đặc tính dịng điện ................................................................................64

3.5.3

Đặc tính hiệu suất, hệ số công suất .......................................................65

3.5.4

Kết luận .................................................................................................65

3.6

Kết luận rút ra qua 2 trường hợp .................................................................65

3.6.1

Đặc tính khởi động: ..............................................................................65

3.6.2

Hiệu suất ...............................................................................................66

3.6.3

Chất lượng dịng điện............................................................................66

3.6.4

Hệ số cơng suất .....................................................................................66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................67
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................68

3


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1-1. Máy điện đồng bộ có cuộn kích từ ...........................................................10
Hình 1-2. Rotor cực từ ẩn..........................................................................................11
Hình 1-3. Rotor cực lồi .............................................................................................12
Hình 1-4. Một số cấu trúc phổ biến của PM trong rotor của động cơ LSPMSM cực
lồi ...............................................................................................................................14
Hình 1-5. Cấu trúc hình vng của PM trong rotor ..................................................14
Hình 1-6. Kết cấu động cơ được nghiên cứu ............................................................15
Hình 1-7. Lá thép stator của động cơ được nghiên cứu ............................................16
Hình 1-8. Cấu trúc rãnh stator ...................................................................................16

Hình 1-9. Sơ đồ đi dây của các pha stator .................................................................17
Hình 1-10. Cấu trúc rotor ..........................................................................................18
Hình 1-11. Cấu trúc rãnh rotor ..................................................................................18
Hình 1-12. Cấu trúc phần nam châm vĩnh cửu .........................................................19
Hình 1-13. Đường đặc tính của mơ men trung bình của mơ men lồng sóc và mơ men
hãm theo phân tích của mơ hình giải tích (theo RMxprt) .........................................20
Hình 1-14. Đặc tính dịng điện dây theo góc mơ men ..............................................21
Hình 1-15. Đặc tính hệ số cơng suất theo góc mơ men ............................................21
Hình 1-16. Đặc tính hiệu suất theo góc mơ men .......................................................22
Hình 2-1. Các loại thanh dẫn nghiên cứu trong luận văn .........................................23
Hình 2-2. Góc ban đầu của rotor khi dùng để mơ phỏng ..........................................24
Hình 2-3. Đặc tính mơ men theo thời gian của động cơ rãnh quả lê ........................25
Hình 2-4. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh quả lê .....................25
Hình 2-5. Dịng điện các pha của động cơ rãnh quả lê .............................................26
Hình 2-6. Dịng điện pha A của động cơ rãnh quả lê ................................................26
Hình 2-7. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập của
động cơ rãnh quả lê ...................................................................................................27
Hình 2-8. Công suất điện đầu vào tức thời và giá trị trung bình của pha A của động
cơ rãnh quả lê ............................................................................................................28
Hình 2-9. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh quả lê ..................................28
Hình 2-10. Đặc tính mơ men theo thời gian của động cơ rãnh trịn .........................30
Hình 2-11. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh trịn ......................30
Hình 2-12. Dịng điện các pha của động cơ rãnh trịn ..............................................31
Hình 2-13. Dịng điện pha A của động cơ rãnh trịn .................................................32
Hình 2-14. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập
của động cơ rãnh trịn ................................................................................................32
Hình 2-15. Cơng suất điện đầu vào tức thời pha A của động cơ rãnh trịn ...............33
Hình 2-16. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh trịn ....................................33
Hình 2-17. Đặc tính mô men theo thời gian của động cơ rãnh vuông ......................34
Hình 2-18. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh vuông ..................35

4


Hình 2-19. Dịng điện các pha của động cơ rãnh vng ...........................................36
Hình 2-20. Dịng điện pha A của động cơ rãnh vng .............................................36
Hình 2-21. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập
của động cơ rãnh vng ............................................................................................37
Hình 2-22. Cơng suất điện đầu vào tức thời pha A của động cơ rãnh vuông ...........38
Hình 2-23. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh vng ................................38
Hình 2-24. So sánh mơ men khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn tròn và quả lê......39
Hình 2-25. So sánh tốc độ khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và quả lê .........40
Hình 2-26. So sánh mô men khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và vng .....41
Hình 2-27. So sánh tốc độ khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn tròn và vng ........41
Hình 3-1. Góc giữa từ trường nam châm và từ trường phần ứng. ............................45
Hình 3-2. Đường đặc tính của mơ men trung bình của mơ men lồng sóc và mơ men
hãm ............................................................................................................................46
Hình 3-3. Đặc tính mơ men theo thời gian của động cơ rãnh quả lê ........................47
Hình 3-4. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh quả lê .....................48
Hình 3-5. Đặc tính mơ men theo tốc độ của động cơ rãnh quả lê .............................48
Hình 3-6. Dòng điện các pha của động cơ rãnh quả lê .............................................49
Hình 3-7. Dịng pha A của động cơ rãnh quả lê........................................................49
Hình 3-8. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập của
động cơ rãnh quả lê ...................................................................................................50
Hình 3-9. Cơng suất điện đầu vào tức thời và giá trị trung bình ...............................51
Hình 3-10. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh quả lê ................................51
Hình 3-11. Đặc tính mơ men theo thời gian của động cơ rãnh trịn .........................52
Hình 3-12. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh trịn ......................52
Hình 3-13. Đặc tính mơ men theo tốc độ của động cơ rãnh trịn ..............................53
Hình 3-14. Dịng điện các pha của động cơ rãnh trịn ..............................................54
Hình 3-15. Dịng pha A của động cơ rãnh trịn .........................................................54

Hình 3-16. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập
của động cơ rãnh trịn ................................................................................................55
Hình 3-17. Công suất điện đầu vào tức thời pha A của động cơ rãnh trịn ...............56
Hình 3-18. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh trịn ....................................56
Hình 3-19. Đặc tính mơ men theo thời gian của động cơ rãnh vng ......................57
Hình 3-20. Đặc tính của tốc độ theo thời gian của động cơ rãnh vng ..................58
Hình 3-21. Đặc tính mô men theo tốc độ của động cơ rãnh vuông ..........................58
Hình 3-22. Dịng điện các pha của động cơ rãnh vng ...........................................59
Hình 3-23. Dịng pha A của động cơ rãnh vng .....................................................59
Hình 3-24. Giá trị hiệu dụng các thành phần điều hòa của dòng pha A khi xác lập
của động cơ rãnh vng ............................................................................................60
Hình 3-25. Cơng suất điện đầu vào tức thời pha A của động cơ rãnh vng ...........61
Hình 3-26. Tổng tổn hao sắt và đồng của động cơ rãnh vng ................................61
Hình 3-27. So sánh mơ men khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và quả lê......62
Hình 3-28. So sánh tốc độ khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và quả lê .........62
Hình 3-29. So sánh mô men khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và vng .....63
5


Hình 3-30. So sánh tốc độ khởi động của 2 cấu trúc thanh dẫn trịn và vng ........64

6


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Thông số của động cơ được nghiên cứu trong luận văn ..........................15
Bảng 1-2. Thông số lá thép stator .............................................................................16
Bảng 1-3. Thông số rãnh stator .................................................................................16
Bảng 1-4. Bố trí của các cuộn dây stator ..................................................................17
Bảng 1-5. Thông số dây quấn stator .........................................................................17

Bảng 1-6. Thông số cấu trúc rotor ............................................................................18
Bảng 1-7. Thông số rãnh rotor ..................................................................................18
Bảng 1-8. Thông số thanh dẫn rotor .........................................................................19
Bảng 1-9. Thông số phần nam châm vĩnh cửu..........................................................19
Bảng 2-1. Đặc tính khởi động khi PM dày 3mm ......................................................41
Bảng 2-2. Đặc tính dịng điện khi PM dày 3mm ......................................................42
Bảng 2-3. Bảng hiệu suất và hệ số công suất khi PM dày 3mm ...............................42
Bảng 2-4. Kết luận khi PM dày 3mm .......................................................................42
Bảng 3-1. Đặc tính khởi động khi PM dày 2mm ......................................................64
Bảng 3-2. Đặc tính dịng điện khi PM dày 2mm ......................................................64
Bảng 3-3. Bảng hiệu suất và hệ số công suất khi PM dày 2mm ...............................65
Bảng 3-4. Kết luận khi PM dày 2mm .......................................................................65

7


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
LSPMSM
PM
KĐB
SM
MF
ĐC
DF

Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp từ lưới.
Nam châm vĩnh cửu
Không đồng bộ
Động cơ đồng bộ
Máy phát

Động cơ
Hệ số méo của dòng điện

8


Chương 1
Khái quát về động cơ LSPMSM và chọn
kiểu động cơ nghiên cứu
1.1 Phân tính ưu nhược điểm của LSPMSM (so sánh với động cơ SM
thông thường và động cơ KĐB)
1.1.1 Ưu điểm
So với động cơ KĐB [9], [10]
 Hiệu suất cao do khơng có tổn thất trên thanh dẫn rotor
 Cos  cao vì có PM (ít lấy cơng suất phản kháng từ lưới hơn)
 Tỉ lệ công suất và mơ mem trên đơn vị thể tích cao
 Nhiệt độ làm việc mát hơn do khơng có dịng rotor khi động cơ đã đồng bộ.
 Tốc độ động cơ không đổi khi tải thay đổi. Động cơ dạng này phù hợp với
các ứng dụng cần tốc độ không đổi. Ví dụ như ứng dụng băng tải, băng
chuyền hành lý
So với động cơ SM thơng thường thì LSPMSM có ưu điểm lớn là [9], [10]:
 Tự khởi động trực tiếp từ lưới
 Khơng cần nguồn kích từ một chiều là các cuộn dây ở rotor
 Cấu trúc đơn giản hơn
 Bảo dưỡng ít hơn
1.1.2 Nhược điểm
Nhược điểm chính của động cơ LSPMSM so với động cơ KĐB [9], [10]:
 Mô men khởi động thấp
 Dòng điện lúc mở máy cao
 Khởi động lâu hơn

9


 Làm méo tín hiệu nguồn vào do sự hiện diện của các thành phần bậc cao
trong dòng điện.
 Đắt hơn động cơ KĐB (nếu cùng cơng suất). Vì LSPMSM có cấu trúc phức
tạp hơn. Giá LSPMSM phụ thuộc vào giá của PM và giá PM đã có những
biến động mạnh trong thời gian gần đây [25], [26].
 Thiết kế và vận hành khó hơn. Phải tính tốn rất cơng phu để đồng thời đạt
được các tiêu chí: khởi động động cơ thành công, vào đồng bộ được động cơ,
hiệu suất cao, hệ số công suất cao.
 Nếu động cơ LSPMSM và động cơ KĐB có mơ men mở máy tương đương,
thì mơ men trung bình của q trình mở máy (quá độ) của động cơ LSPMSM
lại thấp hơn vì mơ men hãm của PM. Chính PM là ngun nhân làm mơ men
q độ bị dao động mạnh và có thể làm ảnh hưởng đến cơ tính của động cơ.

1.2 Cấu tạo của động cơ đồng bộ SM và LSPMSM
1.2.1 Động cơ đồng bộ SM có cuộn kích từ

Hình 1-1. Máy điện đồng bộ có cuộn kích từ
Stato: gồm vỏ lõi và dây quấn.
 Vỏ làm bằng thép đúc, có nhiệm vụ bảo vệ mạch từ và cùng với tấm chắn để
bắt chặt tất cả các phần khác vào máy.

10


 Lõi stato: được chế tạo hoàn toàn giống như lõi stato của động cơ KĐB. Dây
quấn phần ứng như dây quấn 3 pha (stato, hay rotor) của động cơ KĐB.

Rotor:
Rotor là phần quay, là phần cảm (đặt cuộn kích từ), gồm: lõi và dây quấn. Rotor có
hai loại: cực lồi và cực ẩn.
 Loại cực lồi: cực từ được gắn trên bề mặt rotor. Dây quấn được quấn xung
quanh cực từ. Ở máy lớn thì trên cực từ cịn xẻ rãnh để đặt cuộn ổn định
(MF) hay cuộn khởi động (ĐC). Ở máy cực lồi thì thường áp dụng với ứng
dụng có tốc độ quay thấp (nếu cao sẽ khơng đảm bảo độ bền cơ khí vì các
cực từ gắn trên bề mặt rotor).
 Loại cực ẩn: mặt rotor là mặt cực từ. Người ta xẻ rãnh ở 2/3 chu vi rotor.
Rotor của loại cực ẩn thường làm bằng thép chất lượng cao để đảm bảo lực
ly tâm khi tốc độ quay lớn (động cơ cực ẩn thường có số cặp cực p bằng 1).

Hình 1-2. Rotor cực từ ẩn

11


Hình 1-3. Rotor cực lồi
1.2.2 Động cơ LSPMSM
 Rotor động cơ LSPMSM có gắn các PM làm nhiệm vụ như cuộn kích từ ở
rotor của động cơ đồng bộ có cuộn kích từ.
 Trên rotor có xẻ rảnh để đặt các thanh dẫn. Các thanh dẫn này có thể đúc (ví
dụ nhơm đúc). Như vậy cấu trúc rotor có kiểu lồng sóc giống rotor của động
cơ KĐB. Tác dụng của các thanh dẫn rotor là làm động cơ LSPMSM tự khởi
động trực tiếp từ lưới được.
 Các PM có thể gắn trên bề mặt của rotor (gọi là máy cực ẩn), hoặc gắn chìm
trong lõi rotor (gọi là máy cực lồi).
 Ở máy cực ẩn thì PM gắn trên mặt rotor nên có hạn chế vì lực ly tâm của
rotor khi quay. Nên người ta hay sản xuất máy cực lồi.
 Một số cấu trúc phổ biến của PM trong rotor của động cơ LSPMSM cực lồi:

12


Hình V

Hình U

13


Hình 1-4. Một số cấu trúc phổ biến của PM trong rotor của động cơ LSPMSM cực
lồi
1.2.3 Cấu trúc của động cơ sẽ nghiên cứu
Đã có rất nhiều các nghiên cứu về loại động cơ này. Trong khuôn khổ của luận văn
này, ta sẽ nghiên cứu động cơ LSPMSM có các PM đặt trong rotor theo dạng hình
vng. Kết cấu kiểu PM này đơn giản và có nhiều khơng gian bên trong rotor để ta
có thể xem xét ảnh hưởng của thanh dẫn rotor đến các đặc tính của động cơ.

Hình 1-5. Cấu trúc hình vng của PM trong rotor

14


Hình 1-6. Kết cấu động cơ được nghiên cứu
1.2.3.1 Thơng số cho trước của động cơ:

Bảng 1-1. Thông số của động cơ được nghiên cứu trong luận văn
Thông số
Công suất định mức

Điện áp dây (hiệu dụng)
Kiểu nối dây
Tốc độ định mức
Số cực
Tổn thất do ma sát
Tổn thất thơng gió
Nhiệt độ làm việc

Giá trị
550 W
220 V
∆
1500 (v/p)
4
12 W
0W
75o C

15


1.2.3.2 Stator

Hình 1-7. Lá thép stator của động cơ được nghiên cứu
Bảng 1-2. Thơng số lá thép stator
Thơng số
Đường kính ngồi
Đường kính trong
Chiều dài
Số rãnh

Lõi thép
Hệ số ép chặt lõi thép

Giá trị
120mm
75mm
65mm
24
M19_24G
0,95

Hình 1-8. Cấu trúc rãnh stator
Bảng 1-3. Thơng số rãnh stator
Thông số
Hs0
Hs1

Giá trị
0,5
1

Đơn vị
mm
mm
16


Hs2
Bs0
Bs1

Bs2

8,2
2,5
5,6
7,6

mm
mm
mm
mm

Hình 1-9. Sơ đồ đi dây của các pha stator
Bảng 1-4. Bố trí của các cuộn dây stator
Coil 1
Coil 2
Coil 3
Coil 4
Coil 5
Coil 6

Phase
A
A
-C
-C
B
B

Turns

83
83
83
83
83
83

In Slot
1T
2T
3T
4T
5T
6T

Out Slot
6B
7B
8B
9B
10B
11B

Bảng 1-5. Thông số dây quấn stator
Thông số
Kiểu quấn dây
Số bối dây quấn trên 1 rãnh
Số mạch nhánh song song
Số sợi trên 1 bối dây trong 1 rãnh
Số vòng dây của 1 pha

Bước dây quấn
Đường kính dây
Bề dày lót cách điện giữa 2 lớp

Giá trị
Dây quấn bước ngắn
2
1
83
664
5
0,5106
0,3

Đơn vị

rãnh
mm
mm

17


1.2.3.3 Rotor

Hình 1-10. Cấu trúc rotor
Bảng 1-6. Thơng số cấu trúc rotor
Thơng số
Đường kính ngồi
Đường kính trục

Chiều dài
Số rãnh
Lõi thép
Hệ số ép chặt lõi thép

Giá trị
74mm
26mm
65mm
32
M19_24G
0,95

Hình 1-11. Cấu trúc rãnh rotor
Bảng 1-7. Thông số rãnh rotor
Thông số
Hs0
Hs01
Hs1
Hs2

Giá trị
0,5
0
1
4

Đơn vị
mm
mm

mm
mm
18


Bs0
Bs1
Bs2
Rs

1
4
3
1

mm
mm
mm
mm

Bảng 1-8. Thông số thanh dẫn rotor
Thông số
Số thanh dẫn trên 1 cực
Vật liệu thanh dẫn
Chiều dài phần đệm vòng ngắn mạch
Chiều dài vòng ngắn mạch
Chiều cao vòng ngắn mạch
Vật liệu phần đệm và vịng ngắn mạch

Giá trị

8
Nhơm đúc 75C
2mm
4mm
6mm
Nhơm đúc 75C

1.2.3.4 Thơng số phần nam châm vĩnh cửu (PM)

Hình 1-12. Cấu trúc phần nam châm vĩnh cửu
Bảng 1-9. Thông số phần nam châm vĩnh cửu
Thông số
D1
O1
Rib
Loại nam châm
Độ dày PM
Chiều rộng PM
Mật độ từ dư (Br)
Lực khử từ (Hc)

Giá trị
60
21
2
XG196/96
3
36
0,96
690000

Đơn vị
mm
mm
mm
mm
mm
Tesla
A/m

19


1.2.4 Một số đường đặc tính của động cơ

Hình 1-13. Đường đặc tính của mơ men trung bình của mơ men lồng sóc và mơ men
hãm theo phân tích của mơ hình giải tích (theo RMxprt)
Từ đường đặc tính mơ men mở máy chúng ta nhận thấy mô men hãm của động cơ
rất lớn. Mô men hãm lớn làm cho mô men mở máy nhỏ hơn 0(N.m) tại ngay tốc độ
rất thấp (0,14.nđm). Chính vì vậy động cơ rất khó khởi động để đi vào đồng bộ. Để
cho động cơ khởi động và đi vào đồng bộ, ta giả thiết là trong quá trình mở máy
động cơ, từ trạng thái đứng yên đến tốc độ đồng bộ, được hỗ trợ bởi 1 mơ men bên
ngồi lớn.
Tải ta nghiên cứu trong chương này là tải có cơng suất khơng đổi. Ví dụ: tải cắt gọt
kim loại
Phương trình mơ men tải:
 Mload = k1*ω + k1*(ω- ωđm)*k

với ω < ωđm

 Mload = k2/ω + k1*(ω- ωđm)*k

với ω >= ωđm

Trong đó:
 Mload: mơ men tải (N.m)
 k, k1, k2: hệ số tỉ lệ. k1 = Mđm / ωđm, k2 = Pđm. k: hệ số mô men hỗ trợ khởi
động, lấy k = 10.
20