Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
330
ẢNH HƯỞNG SỐ KHE CHẶN TỪ THÔNG
ĐẾN MÔMEN ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ ĐỒNG BỘ
Đinh Hải Lĩnh
Trường Đại học Thủy lợi, email: linhdh@tlu.edu.vn
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Động cơ từ trở đồng bộ (SynRM) hiện nay
là một trong những động cơ được sử dụng
trong nhiều hệ truyền động, đặc biệt là ứng
dụng cho xe điện. SynRM có nhiều ưu điểm
nổi bật như: cấu tạo đơn giản, trên rotor không
có dây quấn hay nam châm, giá thành thấp, dễ
làm mát, quán tính rotor nhỏ phù hợp với tốc
độ quay cao, mômen khởi động lớn, chịu quá
tải ngắn hạn tốt. Với các mục tiêu về công
suất, mômen, hiệu suất hay độ nhấp nhô
mômen nhỏ thì các thông số thiết kế điện từ
ban đầu cũng cần phải có đánh giá thiết kế chi
tiết. Sau khi tính chọn được các kích thước
của stator, rotor, số rãnh stator, số cực rotor
thì việc lựa chọn hình dạng rotor và số khe
chặn từ thông cũng rất quan trọng. Các thông
số số này ảnh hưởng trực tiếp đến mômen, độ
nhấp nhô mômen và hiệu suất của động cơ.
Số cực rotor và khe chặn từ thông trên rotor
ảnh hưởng rất lớn đến độ nhấp nhô mômen
nhỏ [1], [2]. Nhiều thuật toán tối ưu kích thước
rotor và kích thước khe chặn từ thông để cải
thiện độ nhấp nhô mômen [3], [4]. SynRM ở
dải tốc độ khác nhau thì số khe chặn từ từ
thông tối ưu và kích thước khe chặn từ thông
là khác nhau [5]. Nhiều nghiên cứu đã lựa
chọn cố định số cực rotor, cố định số khe chặn,
rotor dạng chữ U hoặc V để tính toán tối ưu
kích thước rotor, kích thước khe chặn từ thông
[6], [7] để đạt hiệu quả hiệu suất tốt nhất.
Mô hình SynRM được xem xét đến trong
bài báo này có kết cấu: số rãnh stator 36, số
cực rotor 4; hình dạng rotor chữ U, số khe
chặn từ được thay đổi từ 2 ÷ 4 để xem xét
độ nhấp nhô mômen và hiệu suất của động
cơ SynRM.
2. MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ SYNRM
Tính toán các kích thước cơ bản của
SynRM dựa trên yêu cầu ban đầu như: công
suất cơ P = 4,5 kW, hiệu suất 90%, tốc độ
3000 vòng/phút, điện áp U = 580VDC, dòng
điện I = 10A. Các số liệu tính toán được như
trong bảng 1. Mô hình động cơ SynRM được
thể hiện như hình 1.
Hình 1. Mô hình động cơ SynRM
Bảng 1. Kích thước cơ bản của SynRM
Tên thông số Giá trị Đơn vị
Đường kính ngoài stator 152 mm
Số rãnh stator 36
Đường kính trong stator 90 mm
Bề rộng răng stator 3.91 mm
Độ sâu rãnh stator 18 mm
Số cực rotor 4
Dạng rotor Chữ U
Đường kính trục 25 mm
Số khe chặn từ 2
Khe hở không khí 0.3 mm
Đường kính Layer 1 40 Mm
Đường kính Layer 2 50
Đường kính Layer 3 60
Stato
Khe chặn từ thông
Rôto
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
331
Tên thông số Giá trị Đơn vị
Đường kính Layer 4 70
Đường kính trục 34
Dòng điện 10 A
Điện áp 580 VDC
3. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MÔ PHỎNG
Động cơ SynRM ban đầu được phân tích
có số khe chặn từ thông bằng 1. Các kích
thước stator và rotor như trong bảng 1. Sử
dụng phân tích FEM ta có kết quả từ thông
và mômen trung bình như hình 2, 3.
Hình 2. Từ thông SynRM với 1 khe chặn từ
Đặc tính mômen trung bình của động cơ ở
tốc độ 3000 vòng/phút như hình 3.
Hình 3. Mômen SynRM với 1 khe chặn từ
Hình 3 cho thấy mômen của động cơ có độ
nhấp nhô mômen lớn. Do đó biên độ sóng hài
của mômen cũng sẽ lớn.
Biên độ sóng hài mômen khi có 1 khe chặn
từ thông thể hiện trên hình 4.
Hình 4. Sóng hài mômen với 1 khe chặn từ
Hình 4 chứng minh rằng mômen có các
sóng hài mômen bậc 6 và bậc 12, có biên độ
khá lớn, trên 1Nm.
Kết quả từ thông, mômen và sóng hài
mômen của SynRM với 2 khe chặn từ thông
được thể hiện trên hình 5, 6, 7.
Hình 5. Từ thông SynRM với 2 khe chặn từ
Hình 6. Mômen SynRM với 2 khe chặn từ
Hình 7. Sóng hài mômen với 2 khe chặn từ
Kết quả từ thông, mômen và sóng hài
mômen của SynRM với 3 khe chặn từ thông
được thể hiện trên hình 7, 8, 9.
Hình 7. Từ thông SynRM với 3 khe chặn từ
Tuyển tập Hội nghị Khoa học thường niên năm 2024. ISBN: 978-604-82-8175-5
332
Hình 8. Mômen SynRM với 3 khe chặn từ
Hình 9. Sóng hài mômen với 3 khe chặn từ
Kết quả từ thông, mômen và sóng hài
mômen của SynRM với 4 khe chặn từ thông
được thể hiện trên hình 10, 11, 12.
Hình 10. Từ thông SynRM với 4 khe chặn từ
Hình 11. Mômen SynRM với 4 khe chặn từ
Hình 12. Sóng hài mômen SynRM
với 4 khe chặn từ
Kết quả tổng hợp so sánh như trong bảng 2.
Bảng 2. Kết quả so sánh tổng hợp
Số khe chặn từ thông Đơn
vị
Các thông
số 1 2 3 4
Mômen
trung bình 8.5954 12.607 14.639 15.366 Nm
Độ nhấp
nhô mômen 3.8385 5.1905 6.4774 3.6864 Nm
Tỉ lệ phần
trăm nhấp
nhô mômen
45.184 41.515 44.427 24.065 %
Tốc độ 2788.2 2878.2 2898 2920.7 rpm
Công suất
điện từ 2668.9 3927.8 4580.4 4812.6 Watts
Công suất
đầu vào 2998 4256.9 4909.5 5141.7 Watts
Tổng tổn
hao 548.18 518.7 495.83 483.88 Watts
Công suất
đầu ra 2449.8 3738.2 4413.7 4657.8 Watts
Hiệu suất 81.715 87.815 89.901 90.589 %
Mômen
trên trục 7.7979 11.899 14.049 14.826 Nm
Từ kết quả phân tích ở trên có thể thấy
rằng số khe chặn từ thông tăng dần từ 1 đến 4
thì độ nhấp nhô mômen cũng giảm dần từ
45% xuống 24%. Đồng thời hiệu suất của
động cơ cũng tăng lên, do tổ hao trên rotor
giảm khi số khe chặn từ thông tăng lên.
4. KẾT LUẬN
Bài báo này đề xuất phương án lựa chọn
số khe chặn từ thông phù hợp để tối thiểu hóa
nhấp nhô mômen và nâng cao hiệu suất cho
động cơ từ trở đồng bộ với cấu trúc 36 rãnh
stator, 4 cực rotor ở dải tốc độ 3000
vòng/phút. Kết quả cho thấy số khe chặn từ
thông bằng 4 thì có độ nhấp nhô mômen nhỏ
nhất và hiệu suất cao nhất.
5. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Jing Liang, Yan Dong, Hexu Sun, Rongzhe
Liu and Guantong Zhu, 2022, “Flux-Barrier
Design and Torque Performance Analysis
of Synchronous Reluctance Motor with
Low Torque Ripple”, Appl. Sci. 2022, 12,
3958. https://doi.org/10.3390/app12083958.