Cải thiện mật độ năng lượng từ trường trong động cơ từ trở

Chia sẻ: Boi Tinh Yeu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

61
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Động cơ từ trở có nhiều ưu điểm nổi bật, dần trở thành sự lựa chọn trong các hệ thống truyền động tốc độ cao. Trong động cơ từ trở, mô men điện từ và năng lượng từ trường có mối quan hệ ràng buộc lẫn nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của động cơ. Mô men điện từ trong động cơ từ trở được xác định là biến thiên của đối năng lượng từ trường khi rotor quay. Bài báo trình bày quá trình chuyển đổi năng lượng điện cơ và mối quan hệ giữa mô men điện từ và năng lượng từ trường trong động cơ từ trở. Đồng thời, nhóm tác giả phân tích, đánh giá giải pháp thay đổi cấu trúc rotor trong nghiên cứu trước đó của nhóm cũng cải thiện mật độ năng lượng từ trường phân bố trong động cơ từ trở. Kết quả bước đầu cho thấy, giá trị mật độ năng lượng từ trường phân bố trong động cơ từ trở mới tăng, góp phần nâng cao giá trị mô men điện từ.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Cải thiện mật độ năng lượng từ trường trong động cơ từ trở

Nghiên cứu khoa học công nghệ CẢI THIỆN MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG TRONG ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ Phí Hoàng Nhã1, 2*, Đào Quang Thủy3, Phạm Hùng Phi1 Tóm tắt: Động cơ từ trở có nhiều ưu điểm nổi bật, dần trở thành sự lựa chọn trong các hệ thống truyền động tốc độ cao. Trong động cơ từ trở, mô men điện từ và năng lượng từ trường có mối quan hệ ràng buộc lẫn nhau, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất làm việc của động cơ. Mô men điện từ trong động cơ từ trở được xác định là biến thiên của đối năng lượng từ trường khi rotor quay. Bài báo trình bày quá trình chuyển đổi năng lượng điện cơ và mối quan hệ giữa mô men điện từ và năng lượng từ trường trong động cơ từ trở. Đồng thời, nhóm tác giả phân tích, đánh giá giải pháp thay đổi cấu trúc rotor trong nghiên cứu trước đó của nhóm cũng cải thiện mật độ năng lượng từ trường phân bố trong động cơ từ trở. Kết quả bước đầu cho thấy, giá trị mật độ năng lượng từ trường phân bố trong động cơ từ trở mới tăng, góp phần nâng cao giá trị mô men điện từ. Từ khóa: Mật độ năng lượng từ trường; Mô men điện từ; Động cơ từ trở; SRM; Động cơ từ trở mới. 1. GIỚI THIỆU Động cơ từ trở (Switched Reluctance Motor - SRM) được biết đến với nhiều ưu điểm như cấu tạo đơn giản, mô men khởi động lớn, rotor không có nam châm vĩnh cửu nên cho phép nhiệt độ làm việc cao … Tuy nhiên, SRM chưa được quan tâm nhiều do khó điều khiển và mô men đập mạch lớn. Những năm gần đây, cùng với sự phát triển của công nghệ bán dẫn, điện tử công suất,…động cơ từ trở dần được ứng dụng phổ biến trong một số lĩnh vực công nghiệp và gia dụng. Những ứng dụng trong công nghiệp đòi hỏi SRM đạt được những đặc tính làm việc khắt khe như mô men quay lớn, hiệu suất cao,….Nhiều công trình nghiên cứu [1], [2] tập trung thay đổi cấu trúc động cơ, hay tác động vào phần điều khiển [3], [4] nhằm nâng cao mô men, hiệu suất trong động cơ từ trở. Tuy nhiên, những thay đổi đó làm tăng tính phức tạp trong chế tạo và tăng chi phí. Hơn nữa, mật độ năng lượng từ trường và mô men điện từ trong động cơ từ trở có mối quan hệ ràng buộc lẫn nhau. Mô men điện từ được xác định là biến thiên của đối năng lượng từ theo góc quay của rotor. Mức năng lượng từ sinh ra này sẽ quyết định độ lớn của mô men điện từ. Chính vì vậy, nhóm tác giả tiến hành phân tích, đánh giá mối quan hệ giữa mô men điện từ và mật độ năng lượng từ trường trong động cơ từ trở, đồng thời chứng minh được giải pháp đề xuất thay đổi cấu trúc rotor của động cơ trong nghiên cứu trước đó của chính nhóm tác giả [5], [6] cũng góp phần nâng cao mật độ năng lượng từ phân bố trong SRM, cải thiện mô men quay trong động cơ từ trở. 2. QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI NĂNG LƯỢNG ĐIỆN CƠ TRONG ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ Đánh giá sự phụ thuộc của từ trở và điện cảm vào vị trí rotor và dòng điện là cần thiết trong SRM [7]. Ở trường hợp tuyến tính, nó ảnh hưởng đến các đặc tính từ của động cơ cũng như quá trình chuyển hóa năng lượng từ năng lượng điện đầu vào (cung cấp bởi bộ biến đổi) thành mô men cơ học. Mô men điện từ của SRM được xác định trên cơ sở các mối quan hệ năng lượng. Các đối năng lượng Wc (co-energy) được chuyển đổi thành công cơ học trong mỗi chu kỳ làm việc bằng diện tích được bao quanh bởi quỹ đạo của điểm làm việc trong đồ thị từ thông - dòng điện (λ - i). Năng lượng Wstorage là năng lượng từ trường tích lũy trong cuộn dây trong trường hợp vị trí rotor được xác định và dòng điện là không đổi. Hình 2a cho thấy quỹ đạo của từ thông và dòng điện trong SRM. Dòng điện được thiết lập tại vị trí rotor có điện cảm nhỏ nhất θon và giữ xung quanh giá trị đặt bằng Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 109 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử bộ điều khiển từ trễ, trước khi điện áp pha cung cấp bị ngắt và năng lượng bị mất tại góc tắt θoff. Tại thời điểm này, năng lượng chuyển đổi công cơ học tương ứng với diện tích bao quanh bởi quỹ đạo của từ thông làm việc, khi đó năng lượng từ trường tích lũy Wstorage là lớn nhất. Một phần của năng lượng từ trường tích lũy được trả lại (ngoại trừ tổn hao trễ) để cung cấp trong suốt thời gian dòng điện dẫn. Tuy nhiên, quá trình khử từ phải mất một thời gian nhất định do giá trị điện cảm gần với vị trí thẳng hàng. Vì vậy, rotor dịch chuyển vài độ trước khi cuộn dây pha bị mất năng lượng và dòng điện bị ngắt. Do đó, một phần năng lượng từ được chuyển đổi thành công cơ học trong suốt chu kỳ dòng điện dẫn, làm Wstorage giảm và sẽ làm cho Wc tăng (10) (hình 1). Điều này được chỉ ra trong hình 2a bởi khu vực gạch chéo. Vòng lặp năng lượng chuyển đổi chứa năng lượng có sẵn được chuyển đổi thành công cơ học Wmech trong chu kỳ làm việc và được xác định (xét đến tổn hao từ trễ WFe): Wc = Wmech + WFe (1) Hình 1. Đường cong từ hóa tại vị trí rotor cụ thể; năng lượng từ trường Wstorage ; đối năng lượng Wc. Từ năng lượng Wmech, những tổn hao cơ (ví dụ: tổn hao ma sát,..) phải được bù để có được công cơ học cung cấp trên trục. Nếu những tổn thất năng lượng và WFe nhỏ hơn nhiều so với năng lượng chuyển đổi thành công cơ học, độ gia tăng đối năng lượng ΔWc có thể được sử dụng làm thước đo năng lượng phù hợp. Các nghiên cứu về chuyển đổi năng lượng trong SRM có thể được tìm thấy trong [8], [9]. Bỏ qua tổn hao ma sát, năng lượng sinh ra từ quá trình chuyển đổi trong một chu kỳ làm việc bằng tổng năng lượng chuyển đổi ΔWc và năng lượng Wstorage trả lại nguồn. Tỷ lệ năng lượng ΔW được định nghĩa cho biết mức độ chuyển đổi năng lượng thu được cho năng lượng đầu vào: Wc W  (2) Wstorage  Wc Để đạt được hiệu suất cao, tỷ lệ năng lượng ΔWstorage trả lại phải nhỏ hơn so với năng lượng chuyển đổi ΔWc. Do đó, tỷ lệ điện cảm lớn La/Lu là cần thiết, tương ứng diện tích mặt cắt tối đa của đường đặc tính từ hóa λ(i, θ). Do độ rộng của răng stator, rotor và chiều dài khe hở không khí nhỏ làm độ tự cảm ở vị trí thẳng hàng không bão hòa tăng lên và làm giảm diện tích ΔWstorage. Trong khi đó, độ tự cảm tối thiểu ở vị trí không thẳng hàng có thể giảm bằng độ hẹp của răng, làm tăng diện tích ΔWc. Độ bão hòa sắt từ đóng vai trò quyết định đối với SRM. Nếu bỏ qua trạng thái bão hòa, đường cong từ hóa λ(i, θ) sẽ là đường thẳng, vì nó là trường hợp ứng với dòng điện rất nhỏ. Mặc dù tỷ lệ điện cảm cao, tỷ lệ năng lượng ΔW không thể vượt quá 50%. Trong trường hợp đó, năng lượng từ trường sẽ bằng đối năng lượng: 1 2 Wstorage  Wc  Li (3) 2 110 P. H. Nhã, Đ. Q. Thủy, P. H. Phi, “Cải thiện mật độ năng lượng … trong động cơ từ trở.” Nghiên ccứu ứu khoa học công nghệ Như có th thểể thấ thấyy trên hình 2a, ttỷ ỷ lệ chuyển đổi năng llư ượng ợng ΔWc tăng so vvới ới năng llượng ợng từ ừ trả lại ΔWstorage cho trư trường ờng hợp bbãoão hòa. Do đó, ΔW trong (2) tăng. Hình 2. Đặc Đặc tính từ thông - dòng đi điện ện. a. Chuyển Chuyển đổi năng llượng ợng chế độ ngắt mạch mạch;; b. Chuyển Chuyển đổi năng llượng ợng chếế độ lý tưởng t ởng. ởng Điện áp đư Điện đượcợc chuyển đổi th thành ành công cơ hhọc ọc trong mỗi chu kỳ llàm àm việc việc tỷ lệ với diện tích bao quanh ccủa ủa điểm llàmàm việc việc trong ssơơ đđồ ồ từ thông vvàà dòng điện. điện. Đối với đđư ường ờng cong thẳng ẳng hhàng àng ở trường tr ờng hợp máy bbão ão hòa (hình 2b), điện điện thế biến đổi xấp xỉỉ bằng hai lần năng lượng ợng của máy ở trạng thái không bbão ão hòa cho tr trư ường ờng hợp ddòng òng điệnện đỉnh. Điều nnày ày cho thấy ấy rrõ õ rằng rằng SRM yêu yêu ccầu ầu một chiều ddàiài khe hhởở không khí đủ nhỏ để máy bbão ão hòa tại tại vị trí thẳng ẳng hhàng àng ttại ại giá trị ddòng òng điện nhỏ hhơn ơn nhi nhiều ều dòng dòng điện điện đỉn đỉnh. h. Đi Điều ều đó tối đa hóa mật độ năng lư lượng ợng máy tại thời điểm biến đổi theo tỷ lệ của đặc tính Vôn Vôn-Ampe. Ampe. Nói cách khác, SRM vvới ới độ bão bão hòa ttừ ừ đáng kể có hệ số công suất bằng hai lần so với tr trư ường ờng hợp không bão hòa. Theo quan điểm ểm thực tế llàà độ độ bão bão hòa m mạch ạch của SRM cải cải thiện hiệu suất của nó, điều ều nnày ày không th thểể bỏ qua trong quá tr trình ình thi thiết ết kế vvàà phân tích đđộng ộng cơ. cơ. Tr ạng thái bbão Trạng ão hòa là điều điều mong muốn, nh ưng phải nhưng phải đđược ợc xác định ở đầu cực stator, kể từ khi chuyển đổi năng lư lượng ợng điện từ xảy ra trong khe hở không khí khí.. Nếu Nếu không, tổn thất sắt sẽ tăng quá cao và hhỗ ỗ cảm giữa các pha sẽ lớn. Kích th thưước ớc hhình ình học học cũng nhnhưư ccấu ấu tạo của động ccơ ảnh hưởng lớn đến hhình hưởng ình ddạng ạng đặc tính λ(i, θ) vvàà do đó, năng lư lượng ợng chuyển đổi - cơ ssở ở cho SRM vvới ới hiệu suất cao đđược ợc xem xét trong quá trình thiết thiết kế. 3. M MỐI ỐI QUAN HỆ HỆ GIỮA MÔ MEN ĐIỆN TỪ V VÀÀ NĂNG LƯ LƯỢNG ỢNG TỪ TR TRƯỜNG ỜNG TRONG Đ ĐỘNG ỘNG CCƠ Ơ TỪ TỪ TRỞ Mô men sinh ra trong đđộng ộng cơ cơ từ từ trở thay đổi đđư ược ợc tính toán dựa trtrên ên nguyên lý ccơ ơ bbản ản của ủa sự chuyển năng llượng ợng điện từ tr trên ên cu cuộn ộn dây điện nh nhưư hình hình 3 [10]. Cu Cuộn ộn dây đi điện ện có N vòng và được được kích thích bằng ddòng òng điệnện I, cuộn dây sẽ có thông llượng  . Bằng ượng Bằng cách tăng dòng điện ện sẽ llàm àm cho lõi hhướng ớng về phía khung thép. Thông llượngợng vvàà lực lực từ động (F) đđư ược ợc biểu ểu diễn qua hai giá trị khoảng cách giữa khung và lõi là x1 và x2, trong đó đó, x1>x2 như trong hình 4. Hình 3. Đường Đường từ thông qua cuộn dây [10] [10]. Tạp ạp chí Nghi Nghiên ên cứu cứu KH&CN quân uân sự, sự, Số 655, 022 - 2020 2020 111 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Hình 4. Mối quan hệ giữa từ thông và lực từ động [10]. Thông lượng và lực điện từ cho x=x1 là tuyến tính vì từ trở của khe hở không khí lớn hơn, do đó thông lượng nhỏ hơn so với trong mạch từ. Năng lượng điện cung cấp được viết: dN  Welec   ei.dt   i.dt.   Ni.d    Fd  (4) dt trong đó, e là sức điện động và F là lực điện từ. Năng lượng điện cung cấp Welec chính bằng tổng năng lượng chứa trong cuộn dây Wstorage và năng lượng chuyển thành công cơ năng Wmech:  i Wstorage   i.d   i.   .di (5) 0 0 Welec = Wstorage + Wmech (6) Xét khi lõi thép đang ở vị trí x1, nghĩa là chưa có công cơ học nào được thực hiện, giá trị năng lượng chứa trong cuộn dây Wstorage sẽ được tính ở công thức (4) tương ứng với diện tích hình OBEO ở trên hình 1.10. Đối năng lượng (co-energy) của Wstorage được gọi là Wc chính là diện tích hình OBAO và có giá trị tính bằng dF . Tương tự ở vị trí x2,  Wstorage tương ứng với diện tích OCDO và đối năng lượng Wc tương ứng diện tích OCAO. Ta có thể viết lại công thức (6) như sau:  Welec   Wstorage   Wmech (7) Với lực từ kích thích liên tục F1( tại điểm A trên hình 4), ta có năng lượng biến thiên có nguồn gốc: 2  Welec   F1d  F1 (2 1 )  S BCDEB (8) 1  Wstorage   Wstorage ( x 2)   Wstorage ( x1)  SOCDO  SOBEO (9) Từ (7), (8) và (9), công cơ khí được thực hiện là sự chênh lệch giữa năng lượng điện năng và năng lượng từ trường tích lũy:  Wmech   Welec   Wstorage  SOBCO (10) và đó là diện tích giữa hai đường cong cho bởi lực điện từ. Khi rotor quay, năng lượng cơ năng được tính bằng mô men điện từ và độ dịch chuyển vị trí rotor: 112 P. H. Nhã, Đ. Q. Thủy, P. H. Phi, “Cải thiện mật độ năng lượng … trong động cơ từ trở.” Nghiên cứu khoa học công nghệ  Wmech  Te . (11) ở đó, Te là mô men điện từ và δθ là góc quay gia tăng của rotor. Do đó, mô men điện từ được đưa ra bằng:  Wmech Te  (12)  Trong trường hợp lực từ là hằng số, mức tăng năng lượng cơ học chính bằng tỉ lệ độ thay đổi của đối năng lượng (co-energy) Wc, đó là không có sự bổ sung năng lượng từ trường. Do đó, cơ năng gia tăng: i Wc   .di (13) 0  Wmech   Wc (14) Mặt khác, giá trị đối năng lượng Wc được tính:  Wc   dF   d ( Ni ) =  ( N  )di    ( , i )di   L( , i )idi (15) trong đó, L là điện cảm, λ là từ thông liên kết, là hàm giữa vị trí rotor và dòng điện. Độ thay đổi đối năng lượng Wc xảy ra giữa hai vị trí góc rotor là θ1 và θ2. Do đó, mô men của góc hở không khí được biểu diễn như là hàm của vị trí rotor và dòng điện, chính bằng:  Wmech  Wc  Wc (i, ) Te    (16)    trong đó, i=const. 4. MẬT ĐỘ NĂNG LƯỢNG TỪ TRƯỜNG PHÂN BỐ TRONG ĐỘNG CƠ TỪ TRỞ MỚI Mật độ phân bố năng lượng từ trường trong động cơ là kết quả sơ bộ đánh giá độ lớn của mô men điện từ. Từ đó quyết định hiệu suất làm việc của động cơ. Qua nghiên cứu cho thấy mối quan hệ ràng buộc giữa năng lượng từ trường và mô men điện từ. Theo (16), năng lượng từ trường trong SRM càng lớn dẫn tới khả năng sinh công cơ học lớn, và mô men điện từ tăng. Hơn nữa, mức năng lượng từ trường này do chính kết cấu hình học và vật liệu chế tạo động cơ quyết định. Trạng thái bão hòa từ (trên đường đặc tính B-H) của động cơ là điều mong muốn, bởi giá trị điện cảm tạo ra ở trạng thái này là lớn (hình 2b). Trong nghiên cứu trước [6] của mình, nhóm tác giả đã đề xuất giải pháp thay đổi cấu trúc động cơ và cho thấy kết quả khả quan trong cải thiện và nâng cao mật độ phân bố lực của SRM. Giải pháp này không chỉ cho thấy tính ưu việt đó, mà còn góp phần nâng cao năng lượng từ trường trong động cơ. Với giải pháp thay đổi cấu trúc rotor, giá trị điện cảm ở trạng thái bão hòa được nâng cao, từ đó cải thiện giá trị mật độ năng lượng từ trường, góp phần nâng cao hiệu suất của động cơ từ trở. 4.1. Cấu trúc động cơ từ trở mới Động cơ từ trở mới được đề xuất có cấu trúc như hình 5a. Stator của động cơ có cấu tạo như SRM truyền thống [10]. Cấu trúc rotor được thay đổi: vật liệu chế tạo rotor vẫn là thép Silic thông thường nhưng sử dụng thanh nhôm nguyên khối phân chia rotor thành hai phần. Với cấu trúc này, mạch vòng từ thông trong động cơ được thay đổi. Đường đi của từ trường thay đổi, tập trung ở vùng cực stator và rotor nhiều hơn, được thể hiện đầy đủ như hình 5b. Thông số cấu trúc động cơ từ trở được cho trong bảng 1. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 113 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử Bảng 1. Thông số kích thước động cơ từ trở. Ns/Nr βs/βr g (Số cực 6/4 (Góc cực 20/24 độ (Chiều dài 0,3 mm stator/rotor) stator/rotor) khe khí) D0 D l (Đường kính 190 mm (Đường kính 89,7 mm (Chiều dài 114 mm ngoài stator) trong Stator) động cơ) ys, y r Dsh Dr (Độ dày (Đường kính 28 mm 12,5 mm (Đường kính 100 mm gông stator, trục) ngoài rotor) rotor) hs hr (Chiều cao 77,2 mm (Chiều cao 59,5 mm Vật liệu Silic cực stator) cực rotor) (a) (b) Hình 5. Cấu trúc động cơ từ trở mới. a. Cấu trúc động cơ; b. Phân bố đường sức từ trong động cơ. 4.2. Kết quả và thảo luận Động cơ từ trở được mô phỏng để đánh giá mật độ năng lượng từ trường phân bố trong động cơ là loại 6/4 cực 3 pha. Theo nghiên cứu [6], lực từ F tỉ lệ thuận với số vòng dây và dòng điện: F = N.i = H.l = R.Ф (17) Trong SRM, lực từ F sinh ra là không đổi nếu giữ nguyên dòng điện và số vòng dây quấn trên cực stator (17). Khi đó, nếu chiều dài mạch từ l ngắn thì cường độ từ trường H sinh ra sẽ lớn (vật liệu nhanh đạt trạng thái bão hòa) hoặc từ trở R nhỏ thì từ thông Ф sẽ lớn. Trong cấu trúc động cơ từ trở mới, đường đi của từ thông khép mạch trong mạch từ l ngắn hơn, như hình 6a. Trong hình 6a, mạch từ được khép giữa các cực stator gần nhau, dẫn đến chiều dài đường sức từ cũng ngắn hơn so với đường sức từ sinh ra ở hình 6b, làm giá trị cường độ từ trường H ở SRM mới được nâng cao. Chính sự bố trí 2 thanh nhôm (vật liệu không dẫn từ) ở gông rotor đã điều hướng đường đi của từ trường. Kết quả mô phỏng cho thấy, xét ở trường hợp 2 cực stator và rotor gối chồng nhau, giá trị mật độ cảm ứng từ B lớn nhất ở SRM cấu trúc mới đạt 2,292 Tesla, cao hơn so với SRM cấu trúc cơ bản 2,159 Tesla. Ở trường hợp các cực stator và rotor 114 P. H. Nhã, Đ. Q. Thủy, P. H. Phi, “Cải thiện mật độ năng lượng … trong động cơ từ trở.” Nghiên cứu khoa học công nghệ trong động cơ từ trở thẳng hàng cũng như trường hợp không thẳng hàng, khả năng điều hướng của từ trường nhằm giảm chiều dài mạch từ trong cấu trúc SRM mới này cũng thể hiện tính ưu việt trong nâng cao giá trị từ thông và từ trường trong động cơ từ trở. (a) (b) Hình 6. Đường sức từ trong SRM khi cực stator và rotor gối chồng nhau. a. Động cơ từ trở cấu trúc mới; b. Động cơ từ trở cấu trúc truyền thống. Kết quả mô phỏng mật độ năng lượng từ phân bố trong stator, rotor giữa SRM truyền thống với SRM mới - cấu trúc rotor thay đổi, thể hiện trong hình 7, 8 và hình 9. Năng lượng từ trường được hình thành kể từ khi dòng điện được kích trong cuộn dây. Chính tại vị trí các cực stator và rotor thẳng hàng, giá trị điện cảm là lớn nhất, sau đó nhanh chóng sụt giảm khi rotor dịch chuyển và dòng điện bị dừng kích thích. Khi các cực stator, rotor không thẳng hàng, điện cảm sinh ra là nhỏ nhất, mật độ năng lượng từ trường tăng nhanh khi dòng điện kích thích tăng dần. Tại vị trí cực stator, rotor gối chồng nhau, giá trị dòng điện là lớn nhất nên mật độ từ trường ở vị trí này là cao nhất. Với cấu trúc động cơ từ trở mới, mật độ năng lượng từ trường ở cả 3 trường hợp vị trí cặp cực stator, rotor thẳng hàng, không thẳng hàng, gối chồng đều được nâng cao đáng kể so với động cơ từ trở cấu trúc cơ bản. Giá trị mật độ năng lượng từ trường sẽ quyết định đến giá trị mô men điện từ trong động cơ theo (16). Trường hợp SRM có cực stator và rotor ở vị trí gối chồng, vị trí thẳng hàng hoàn toàn và vị trí không thẳng hàng, mật độ phân bố năng lượng của SRM mới và SRM truyền thống cho trong bảng 2. (a) (b) Hình 7. Mật độ năng lượng trong SRM khi cực stator và rotor gối chồng nhau. a. Động cơ từ trở cấu trúc mới; b. Động cơ từ trở cấu trúc truyền thống. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 115 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử (a) (b) Hình 8. Mật độ năng lượng trong SRM khi cực stator và rotor thẳng hàng. a. Động cơ từ trở cấu trúc mới; b. Động cơ từ trở cấu trúc truyền thống. (a) (b) Hình 9. Mật độ năng lượng trong SRM khi cực stator và rotor không thẳng hàng. a. Động cơ từ trở cấu trúc mới; b. Động cơ từ trở cấu trúc truyền thống. 116 P. H. Nhã, Đ. Q. Thủy, P. H. Phi, “Cải thiện mật độ năng lượng … trong động cơ từ trở.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Bảng 2. Giá trị mật độ năng lượng lớn nhất trong động cơ từ trở tại các vị trí cực từ. Cực rotor, stator không Cực rotor, stator thẳng hàng Cực stator, rotor gối chồng thẳng hàng SRM truyền SRM truyền SRM truyền SRM mới SRM mới SRM mới thống thống thống 2,0548x106 2,2014x106 2,2547x106 2,2734x106 2,3400x106 2,9831x106 J/m3 J/m3 J/m3 J/m3 J/m3 J/m3 Kết quả mô phỏng cho thấy, SRM cấu trúc mới cho giá trị mật độ năng lượng từ trường cao hơn hơn so với SRM truyền thống. Với mật độ năng lượng từ phân bố trong động cơ lớn, SRM mới được dự báo sẽ đạt hiệu suất cao hơn. Kết quả của nhóm tác giả công bố là kết quả phân tích, đánh giá bước đầu, để có kết quả đánh giá đầy đủ về năng lượng từ trường sinh ra và mô men trong SRM mới cần xây dựng được mô hình toán mới cho động cơ và sẽ được công bố trong những nghiên cứu tiếp theo. 5. KẾT LUẬN Bài báo trình bày những phân tích, đánh giá về mối quan hệ giữa năng lượng từ trường và mô men điện từ. Năng lượng từ trường sinh ra trong động cơ và mô men điện từ tỉ lệ thuận với nhau, qua đó quyết định đến hiệu suất của động cơ từ trở. Mật độ năng lượng tích trữ trong SRM cấu trúc mới được so sánh với SRM cấu trúc truyền thống. Kết quả bước đầu khẳng định ưu điểm vượt trội của SRM mới trong nâng cao mật độ năng lượng từ trường so với SRM cũ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. S. Mir, M. E. Elbuluk and I. Husain, “Torque-rippleMinimization in Switched Reluctance Motors Using Adaptive Fuzzy Control”, IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 35, no. 2 (1999), pp. 461-468. [2]. D. S. Reay, T. C. Green and B. W. Williams, “Application of Associative Memory Neural Networks to the Control of a Switched Reluctance Motor”, IECON, vol. 1 (1993), pp. 200-206. [3]. Wadah Abass Aljaism, “Switched reluctance motor: Design, simulation and control”, Dortor of philosophy in electrical engineer, University of Western Sydney (2007). [4]. Lingquan Zeng,Haiwei Yu, “Research on a novel Rotor Structure Switched Reluctance Motor”, International Conference on Applied Physics and Industrial Engineering, Physics Procedia, vol. 24 (2012), pp. 320 – 327. [5]. Phí Hoàng Nhã, Đào Quang Thủy, Phạm Hùng Phi, “Cải thiện mật độ phân bố lực trong động cơ từ trở”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, vol.17, no. 1.1 (2019), pp. 63-67. [6]. Phí Hoàng Nhã, Phạm Hùng Phi, Đào Quang Thủy, “Mô hình mạch từ trở tương đương trong động cơ từ trở mới”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học và công nghệ quân sự, số 54 (2018), tr 67 - 74. [7]. Torsten Wichert, “Design and Construction Modifications of Switched Reluctance Machines”, Dortor of philosophy in electrical engineer, Warsaw university of technology (2008). [8]. Lawrenson, P.J, “Variable-speed Switched Reluctance Motors”, IEEE Proceedings, vol. 127, no. 4 (1980), pp. 253-265. Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số 65, 02 - 2020 117 Kỹ thuật điều khiển & Điện tử [9]. Stephenson, J.M, Khazendar, M.A, “Saturation in doubly salient reluctance motors”, IEEE Transactions on electric Power Applications, vol. 136, no. 1 (1989). [10]. R. Krishnan, “Switched Reluctance Motor Drives – modeling, Simulation, Analysis, Design, and Application”, Industrial Electronics Series (2001). ABSTRACT IMPROVED MAGNETIC FIELD ENERGY DENSITY IN SWITCHED RELUCTANCE MOTOR Switched reluctance motor has the advantages, gradually become the choice for high speed drive systems. In switched reluctance motor, the electromagnetic torque and magnetic field energy have a mutual relationship, directly affects the performance of the motor. The electromagnetic torque in the switched reluctance motor is defined as the variation of the magnetic co-energy when the rotor rotates. The article presents the electromechanical energy conversion process and the relationship between electromagnetic torque and magnetic field energy in the switched reluctance motor. At the same time, the authors analyze and evaluate the solution to change the rotor structure in the previous research of the group also improve the magnetic field energy density distributed in the motor. Initial results show that the magnetic energy distribution density in the new switched reluctance motor increases, contributing to increase the electromagnetic torque. Keywords: Magnetic field energy density; Electromagnetic torque; Switched reluctance motor; SRM; New switched reluctance motor. Nhận bài ngày 14 tháng 9 năm 2019 Hoàn thiện ngày 16 tháng 12 năm 2019 Chấp nhận đăng ngày 17 tháng 02 năm 2020 Địa chỉ: 1Đại học Bách khoa Hà Nội; 2 Đại học Công nghiệp Hà Nội; 3 Bộ Khoa học và Công nghệ. * Email: phihoangnha@gmail.com; phihoangnha@haui.edu.vn. 118 P. H. Nhã, Đ. Q. Thủy, P. H. Phi, “Cải thiện mật độ năng lượng … trong động cơ từ trở.”