Nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ đồng bộ ba pha nam châm vĩnh cửu

Nghiên cứu thuật toán thiết kế chế tạo hoàn chỉnh động cơ đồng bộ ba pha nam châm v nh cửu khởi động trực tiếp từ lưới điện. Từ đó thực hiện tối ưu để nâng cao hiệu suất, hệsố công suất cos và giảm thể t ch của nam châm v nh cửu của động cơ chế tạo theo công nghệ mới này.

NỘI DUNG:

1. CHƯ NG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 22

1.1 So sánh giữa động cơ IM và động cơ LSPMSM ............................................... 23

1.2 Mô hình hóa động cơ LSPMSM ....................................................................... 25

1.3 Cấu tr c rotor động cơ LSPMSM ..................................................................... 27

1.4 Thuật to n thiết kế ............................................................................................. 29

1.5 Các nghiên cứu hỗ trợ thiết kế .......................................................................... 29

1.6 Tối ưu động cơ .................................................................................................. 33

1.7 Công cụ mô phỏng ............................................................................................ 33

1.8 Kết luận ............................................................................................................. 34

2. CHƯ NG 2: M H NH LI N KẾT GIỮA M CH ĐIỆN – TỪ TRƯỜNG ........ 36

2.1 Mô hình nam châm v nh cửu ............................................................................. 36

2.2 Mô hình trường điện từ ..................................................................................... 37

2.2.1 Hệ tọa độ t nh ............................................................................................. 37

2.2.2 Hệ tọa độ động ........................................................................................... 38

2.3 Phương trình mạch điện .................................................................................... 39

2.3.1 X t trường hợp thanh dẫn .......................................................................... 39

2.3.2 Phương trình mạch điện – từ trường dây quấn stator ................................ 40

2.3.3 Phương trình mạch điện – từ trường thanh dẫn lồng sóc ........................... 43

2.4 Phương trình chuyển động ................................................................................ 45

2.5 Xử l kết quả sau mô phỏng .............................................................................. 46

2.5.1 T nh hiệu suất ............................................................................................. 46

2.5.1.1 Công suất đầu ra ................................................................................... 46

2.5.1.2 Tổng tổn thất ........................................................................................ 46

2.5.2 T nh hệ số công suất cos .......................................................................... 48

2.6 Mô phỏng động cơ LSPMSM 7,5kW ............................................................... 49

2.6.1 Về stator ..................................................................................................... 49

2.6.2 Về dây quấn stator ..................................................................................... 50

6

2.6.3 Về rotor ...................................................................................................... 50

2.6.4 Về nam châm v nh cửu .............................................................................. 51

2.6.5 Điều kiện biên và chia lưới ........................................................................ 51

2.6.5.1 Điều kiện biên ...................................................................................... 51

2.6.5.2 Thực hiện chia lưới .............................................................................. 53

2.7 Kết quả mô phỏng động cơ LSPMSM 7,5kW .................................................. 53

2.7.1 Mật độ từ thông và sức điện động cảm ứng ............................................... 54

2.7.2 Hiệu năng ở qu trình qu độ ..................................................................... 55

2.7.3 Hiệu năng ở qu trình x c lập .................................................................... 57

2.8 Kết luận ............................................................................................................. 58

3. CHƯ NG 3: THIẾT KẾ ĐIỆN TỪ Đ NG C LSPMSM ................................... 59

3.1 T nh to n mật độ từ thông điểm làm việc nam châm v nh cửu ......................... 59

3.1.1 Phân t ch mật độ từ thông nam châm tại điểm làm việc ............................ 59

3.1.2 X c định mật độ từ thông răng và gông của stator và rotor. ...................... 61

3.1.2.1 Mật độ từ thông răng của stator và rotor. ............................................. 61

3.1.2.2 Mật độ từ thông gông stator và rotor. .................................................. 62

3.1.2.3 T nh to n mật độ từ thông nam châm v nh cửu tại điểm làm việc. ...... 62

3.1.2.4 Kết quả nghiên cứu .............................................................................. 64

3.2 Khảo s t ảnh hưởng của k ch thước nam châm đến

mật độ từ thông khe hở không kh .................................................................... 68

3.3 X c định điều kiện thiết kế để động cơ LSPMSM có hệ số cos  1 ............... 69

3.3.1 Điều kiện để động cơ có hệ số cos  1 .................................................... 69

3.3.2 Kết quả khảo s t ......................................................................................... 72

3.3.2.1 Kiểm tra điều kiện cos  1 ................................................................. 73

3.3.2.2 T nh gi trị cos ................................................................................... 74

3.4 Thuật to n thiết kế chi tiết động cơ LSPMSM .................................................. 74

3.4.1 Thuật to n thiết kế điện từ động cơ LSPMSM .......................................... 74

3.4.2 Thiết kế động cơ 7,5kW ............................................................................. 81

3.5 Kết quả khảo s t thực nghiệm ........................................................................... 81

3.5.1 Kết cấu động cơ thực nghiệm .................................................................... 82

3.5.2 Kết quả thực nghiệm .................................................................................. 82

3.5.2.1 Hệ thống thực nghiệm .......................................................................... 82

3.5.2.2 Sức điện động ....................................................................................... 83

7

3.5.2.3 Điện p và d ng điện ............................................................................ 86

3.6 Kết luận ............................................................................................................. 88

4. CHƯ NG 4: T I ƯU Đ NG C LSPMSM 7,5kW ............................................. 90

4.1 Kh i qu t về tối ưu hóa ..................................................................................... 90

4.2 Phân loại ............................................................................................................ 90

4.3 Phương ph p leo đồi và thuật to n di truyền ..................................................... 91

4.4 Tối ưu động cơ LSPMSM 7,5 kW .................................................................... 92

4.4.1 Nhiệm vụ tối ưu động cơ LSPMSM .......................................................... 93

4.4.2 Khởi tạo không gian tìm kiếm ................................................................... 94

4.4.3 C c ràng buộc dùng trong chương trình .................................................... 95

4.5 Xây dựng mục tiêu và hàm chi ph tổng ........................................................... 95

4.5.1 Mục tiêu về hiệu suất ................................................................................. 95

4.5.2 Mục tiêu về hệ số công suất cos .............................................................. 95

4.5.3 Mục tiêu về thể t ch nam châm .................................................................. 95

4.5.4 Hàm chi ph tổng ........................................................................................ 96

4.5.5 Lưu đồ thuật to n cho chương trình t nh tối ưu ......................................... 97

4.5.5.1 Thế hệ ban đầu ..................................................................................... 97

4.5.5.2 Bước đ nh gi ...................................................................................... 98

4.5.5.3 Bước lựa chọn ...................................................................................... 99

4.5.5.4 Bước lai tạo và biến dị ......................................................................... 99

4.5.5.5 Thế hệ tiếp theo .................................................................................. 100

4.6 Kết quả chương trình tối ưu ............................................................................ 101

4.7 Kiểm tra lại kết quả tối ưu ............................................................................... 102

4.7.1 Mật độ từ thông và sức điện động cảm ứng ............................................. 102

4.7.1 Hiệu năng ở qu trình qu độ ................................................................... 104

4.7.2 Hiệu năng ở qu trình x c lập .................................................................. 105

4.8 Kết luận ........................................................................................................... 106

5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ................................................................................. 108

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................... 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 111

DANH MỤC C C C NG TR NH Đ C NG B CỦA LUẬN N ....................... 118

PHỤ LỤC

LINK DOWNLOAD

NỘI DUNG:

1. CHƯ NG 1: TỔNG QUAN ................................................................................... 22