Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: 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

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:162

Thêm vào BST

Báo xấu

62
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là Xây dựng mô hình toán để nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM có xét đến yếu tố bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài. Từ đặc tính khởi động thu được, đánh giá những yếu tố, thông số chính ảnh hưởng đến quá trình khởi động.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: 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

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả tính toán trình bày trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nào khác. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2018 TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC Nghiên cứu sinh TS. Bùi Đức Hùng PGS. TS. Nguyễn Anh Nghĩa Lê Anh Tuấn i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tác giả trước tiên bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc nhất đến hai thầy giáo hướng dẫn khoa học trực tiếp là TS. Bùi Đức Hùng và PGS. TS. Nguyễn Anh Nghĩa luôn dành nhiều công sức, thời gian quan tâm, động viên và tận tình hướng dẫn nghiên cứu sinh trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn TS. Phùng Anh Tuấn, TS. Bùi Minh Định đã hỗ trợ và đóng góp các ý kiến quý báu để nghiên cứu sinh hoàn thiện luận án. Tác giả chân thành cảm ơn các thầy, cô Bộ môn Thiết bị Điện - Điện tử, Viện Điện và Viện đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện để nghiên cứu sinh có điều kiện thuận lợi nhất về thời gian và cơ sở vật chất trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả cũng bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới Ban Lãnh đạo và toàn thể anh/chị trong Phòng Tổ chức lao động tiền lương Tổng công ty Điện lực - TKV là nơi tác giả công tác đã tạo mọi điều kiện để tác giả thuận lợi về thời gian học tập và nghiên cứu luận án. Tác giả trân trọng cảm ơn Công ty Cổ phần chế tạo điện cơ Hà Nội (HEM) đã tạo mọi điều kiện cho tác giả trong công tác gia công và chế tạo mẫu thử nghiệm LSPMSM. Tác giả trân trọng cảm ơn Viện Nghiên cứu quốc tế về Khoa học & Kỹ thuật tính toán (DASI) đã tạo điều kiện thuận lợi cho phép tác giả sử dụng chương trình phần mềm ANSYS/Maxwell 2D để thực hiện các bài toán mô phỏng FEM cho LSPMSM. Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới các bạn bè đã động viên, giúp đỡ về mọi mặt góp phần vào sự thành công của luận án. Cuối cùng, tác giả dành lời cảm ơn tới bố mẹ, vợ và các con đã luôn động viên và hỗ trợ về vật chất và tinh thần cho tác giả những lúc khó khăn, mệt mỏi nhất để tác giả yên tâm trong quá trình nghiên cứu, góp phần không nhỏ vào thành công của luận án. Tác giả luận án Lê Anh Tuấn ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ ii MỤC LỤC ............................................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT........................................................... vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................ xii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ ................................................................... xiii MỞ ĐẦU …………………………………………………………………………………...1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ................................................................................................. 3 1.1 Lịch sử phát triển của LSPMSM ................................................................................ 3 1.2. Ưu điểm của LSPMSM.............................................................................................. 4 1.3 Nhược điểm của LSPMSM ......................................................................................... 4 1.4 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về LSPMSM ................................................. 4 1.4.1 Các nghiên cứu trong nước ............................................................................... 4 1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới ............................................................................. 4 1.5 Kết luận ..................................................................................................................... 13 CHƯƠNG 2. MÔ HÌNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG CỦA LSPMSM .................................................................................................. 15 2.1 Mô hình máy điện đồng bộ tổng quát ....................................................................... 15 2.2 Mô hình toán LSPMSM ............................................................................................ 18 2.3 Mô phỏng LSPMSM ................................................................................................. 21 2.3.1 Mô phỏng LSPMSM từ mô hình toán ............................................................ 21 2.3.2 Mô phỏng LSPMSM từ các phần mềm ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn .............................................................................................. 27 2.4 Kết luận ..................................................................................................................... 31 CHƯƠNG 3. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH KHỞI ĐỘNG CỦA LSPMSM .................................................................................................. 33 3.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM .................................. 33 3.1.1 Ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục và ngang trục Lmd, Lmq .................................................................................... 33 3.1.2 Ảnh hưởng của hiệu ứng mặt ngoài ................................................................ 53 3.1.3 Ảnh hưởng của bão hòa mạch từ đến điện kháng tản stato, rôto x1, x’2 ......... 60 3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ .................................................................................. 64 3.1.5 Ảnh hưởng của tính chất tải ............................................................................ 66 iii
3.2 Tổng hợp các yếu tố chính ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM ........ 69 3.2.1 Mô hình toán của LSPMSM xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài ..................................................................................... 69 3.2.2 Sơ đồ MATLAB/Simulink với mạch từ hiệu chỉnh đề xuất ........................... 71 3.2.3 Kết quả mô phỏng ........................................................................................... 74 3.2.4 So sánh kết quả mô phỏng với phương pháp tổng hợp đề xuất và phương pháp phần tử hữu hạn.................................................................... 76 3.3 Khảo sát ảnh hưởng kích thước NCVC đến đặc tính khởi động LSPMSM và lựa chọn kích thước NCVC LSPMSM 2,2 kW .............................................................. 80 3.3.1 LSPMSM với độ dày NCVC khác nhau ......................................................... 81 3.3.2 LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau ....................................................... 84 3.3.3 Lựa chọn kích thước NCVC cho LSPMSM 2,2 kW ...................................... 87 3.4 Kết luận chương 3 ..................................................................................................... 87 CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ ............................................. 89 4.1 Giới thiệu chung ....................................................................................................... 89 4.2 Ứng dụng LabVIEW và Card NI USB-6009 đo đặc tính dòng điện và tốc độ khởi động LSPMSM ................................................................................. 89 4.2.1 Giới thiệu phần mềm LabVIEW ..................................................................... 89 4.2.2 Card đo lường NI USB-6009 .......................................................................... 91 4.3 Mô hình thí nghiệm LSPMSM ................................................................................. 92 4.3.1 Đo dòng điện ................................................................................................... 92 4.3.2 Đo tốc độ LSPMSM ....................................................................................... 93 4.4 LSPMSM 2,2 kW thực nghiệm ................................................................................ 95 4.4.1 Cấu hình rôto LSPMSM ................................................................................. 95 4.4.2 Gia công NCVC .............................................................................................. 95 4.4.3 Hoàn thiện rôto ............................................................................................... 96 4.4.4 Lắp ráp LSPMSM ........................................................................................... 96 4.4.5 Bàn thử nghiệm LSPMSM ............................................................................. 97 4.5 Kết quả mô phỏng và đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện khởi động LSPMSM ở chế độ không tải ..................................................................................................... 98 4.5.1 Đặc tính dòng điện khởi động......................................................................... 98 4.5.2 Đặc tính tốc độ khởi động............................................................................... 99 4.6 Kết luận chương 4 ................................................................................................... 101 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................................... 102 iv
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 103 Tiếng Việt ..................................................................................................................... 103 Tiếng Anh ..................................................................................................................... 103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ............................ 109 PHỤ LỤC………………………………………………………………………………...110 PHỤ LỤC A .................................................................................................................... 110 PHỤ LỤC B ...................................................................................................................... 130 PHỤ LỤC C ...................................................................................................................... 137 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu/ Đơn vị Ý nghĩa Viết tắt A Wb.m-1 Vecto từ thế Ag m 2 Tiết diện hữu ích khe hở không khí Am m 2 Tiết diện bề mặt khối nam châm vĩnh cửu Asy m2 Tiết diện gông từ stato Ast m2 Tiết diện trung bình răng stato Ary m2 Tiết diện trung bình gông từ rôto Ary1 m2 Tiết diện trung bình gông từ rôto phần trên NCVC Ary2 m 2 Tiết diện trung bình gông từ rôto phần dưới NCVC Art m 2 Tiết diện trung bình răng rôto a m Chiều rộng vành ngắn mạch a1 Số mạch nhánh song song B Tesla Mật độ từ thông B Tesla Mật độ từ thông quy đổi trong khe hở không khí Bg Tesla Mật độ từ thông khe hở không khí Br Tesla Mật độ từ thông dư nam châm vĩnh cửu Bsy Tesla Mật độ từ thông gông từ stato Bst Tesla Mật độ từ thông răng stato Bry Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto Bry1 Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto phía trên khối NCVC Bry2 Tesla Mật độ từ thông gông từ rôto phía dưới khối NCVC Brt Tesla Mật độ từ thông răng rôto Bs Tesla Mật độ từ thông bão hòa lõi thép rôto b m Chiều cao vành ngắn mạch b41 m Bề rộng miệng rãnh stato b42 m Bề rộng miệng rãnh rôto Cbh Hệ số bão hòa C1 Hệ số biến đổi tương đương rãnh hở stato khi bão hòa mạch từ C2 Hệ số biến đổi tương đương rãnh hở rôto khi bão hòa mạch từ c m Chiều dày cách điện rãnh c' m Chiều dày cách điện trên nêm cv Hệ số thể tích nam châm vĩnh cửu vi
D m Đường kính trong stato Dn m Đường kính ngoài stato D' m Đường kính ngoài rôto Dt m Đường kính trục rôto Dv m Đường kính trung bình của vòng ngắn mạch d m Đường kính dây dẫn dcđ m Đường kính dây dẫn có kể đến cách điện d1 m Đường kính đáy tròn nhỏ rãnh stato d2 m Đường kính đáy tròn lớn rãnh stato E0 V Sức điện động cảm ứng do NCVC sinh ra f Hz Tần số dòng điện stato f2 Hz Tần số dòng điện rôto Fds A Từ thế sinh ra bởi dòng ids Fg A Sức từ động khe hở không khí Frt A Sức từ động răng rôto Fst A Sức từ động răng stato Fsy A Sức từ động gông từ stato Fqs A Từ thế sinh ra bởi dòng iqs Fry A Sức từ động gông từ rôto Fry1 A Sức từ động gông từ rôto phía trên khối NCVC Fry2 A Sức từ động gông từ rôto phía dưới khối NCVC Fztb A Sức từ động trung bình một rãnh stato FEM Phương pháp phần tử hữu hạn f Hz Tần số dòng điện g,  m Độ rộng khe hở không khí g' m Khe hở không khí tương đương có tính đến răng rãnh stato và rôto g"d m Chiều dài khe hở không khí quy đổi theo trục d g"q m Chiều dài khe hở không khí quy đổi theo trục q Hc A/m Lực kháng từ Hsy A/m Cường độ từ trường gông từ stato Hst A/m Cường độ từ trường răng stato Hry A/m Cường độ từ trường gông từ rôto Hry1 A/m Cường độ từ trường gông từ rôto phía trên khối NCVC Hry2 A/m Cường độ từ trường gông từ rôto phía dưới khối NCVC hr2 m Chiều cao rãnh rôto hm m Chiều cao khối nam châm vĩnh cửu IM Động cơ không đồng bộ vii
IPM Động cơ đồng bộ NCVC gắn chìm Iđm A Dòng định mức stato ids A Thành phần dòng điện stato dọc trục iqs A Thành phần dòng điện stato ngang trục In A Dòng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 Dòng ngắn mạch khi xét đến bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài với Inbh A s=1 Ik A Dòng điện khởi động ia, ib , ic A Dòng điện pha A, B, C JR kg.m2 Mômen quán tính rôto kC Hệ số Carter Kđ1 Hệ số đấu nối klđ Hệ số lấp đầy kd1 Hệ số quấn rải stato kdq1, kW Hệ số dây quấn stato k Hệ số khe hở không khí k1 Hệ số khe hở không khí stato k2 Hệ số khe hở không khí rôto kfq Hệ số hình dáng từ hóa ngang trục kfd Hệ số hình dáng từ hóa dọc trục kFe Hệ số ép chặt lá thép kL(s) Hệ số điện cảm hiệu ứng mặt ngoài kR(s) Hệ số điện trở hiệu ứng mặt ngoài kbh Hệ số bão hòa kbhx1 Hệ số bão hòa đặc tính điện kháng tản stato kbhx2 Hệ số bão hòa đặc tính điện kháng tản rôto krl Hệ số quấn rải ky1 Hệ số bước ngắn LSPMSM Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp LPM Phương pháp mô hình tham số tập trung Ld H Điện cảm đồng bộ dọc trục stato Lq H Điện cảm đồng bộ ngang trục stato Lls H Điện cảm tản cuộn dây stato Lmd H Điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục Lmq H Điện cảm từ hóa đồng bộ ngang trục L’lr H Điện cảm tản lồng sóc rôto quy đổi L’r0 H Tổng điện cảm tản tạp, đấu nối rôto viii
L’r2 H Điện cảm tản rãnh rôto xét đến hiệu ứng mặt ngoài L’r2~ H Điện cảm tản rãnh rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài lm m Độ dày khối nam châm vĩnh cửu l1 m Chiều dài tác dụng của lõi sắt stato l2 m Chiều dài tác dụng của lõi sắt rôto l1 m Chiều dài dây quấn 1 pha stato lđ1 m Chiều dài phần đầu nối lsy m Chiều dài trung bình của đường từ trường đi trong gông từ stato lst m Chiều dài trung bình răng rôto lry m Chiều dài trung bình của đường từ trường đi trong gông từ rôto Chiều dài trung bình của đường từ trường đi trong gông từ rôto lry1 m phía trên khối NCVC Chiều dài trung bình của đường từ trường đi trong gông từ rôto lry2 m phía trên khối NCVC m Số pha dây quấn stato NCVC Nam châm vĩnh cửu n vg/ph Tốc độ động cơ PMSM Động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu Pđm W Công suất định mức của động cơ Pout W Công suất đầu ra trên trục động cơ Pg Wb/A.vg Từ dẫn khe hở không khí Pm Wb/A.vg Từ dẫn khối NCVC p Số cặp cực Rg A.vg/Wb Từ trở khe hở không khí Rbm A.vg/Wb Từ trở tương đương Rm0, Rm A.vg/Wb Từ trở khối NCVC Rmm A.vg/Wb Từ trở cầu nối lõi thép rôto Rml A.vg/Wb Từ trở barrier từ đầu cực khối NCVC Rry A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto Rry1 A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto phía trên khối NCVC Rry2 A.vg/Wb Từ trở gông từ rôto phía dưới khối NCVC Rst A.vg/Wb Từ trở răng stato Rsi M Bán kính trong lõi thép stato r1  Điện trở pha cuộn dây stato r2  Điện trở rôto r'2  Điện trở rôto quy đổi stato rn  Điện trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 ix
rtd  Điện trở thanh dẫn rôto r'td  Điện trở thanh dẫn rôto quy đổi r’td~  Điện trở thanh dẫn rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài rv  Điện trở vành ngắn mạch rôto r'v  Điện trở vành ngắn mạch rôto quy đổi Sr2 m2 Tiết diện rãnh rôto Std m 2 Tiết diện thanh dẫn lồng sóc Sv m 2 Diện tích vành ngắn mạch s Hệ số trượt Mđm N.m Mômen định mức Mtải N.m Mômen tải t1 m Bước rãnh stato t2 m Bước rãnh rôto uas, ubs, ucs V Điện áp pha A, B, C ur Số cạnh tác dụng của một rãnh stato xad  Điện kháng từ hóa đồng bộ dọc trục xaq  Điện kháng từ hóa đồng bộ ngang trục xd  Điện kháng đồng bộ dọc trục xq  Điện kháng đồng bộ ngang trục x1  Điện kháng tản dây quấn stato x1bh  Điện kháng tản dây quấn stato khi xét đến bão hòa mạch từ x2  Điện kháng tản rôto x'2  Điện kháng tản rôto quy đổi về stato x’r2  Điện kháng tản rãnh rôto quy đổi về stato Điện kháng tản rôto quy đổi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão x'2bh  hòa mạch từ xn  Điện kháng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 Điện kháng ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa xnbh  mạch từ w1, Nph Vòng Số vòng dây nối tiếp của một pha dây quấn stato wm m Bề rộng khối nam châm vĩnh cửu Vm m3 Thể tích nam châm vĩnh cửu Z2 Số rãnh rôto Z1 Số rãnh stato zn  Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 Tổng trở ngắn mạch khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa zn  mạch từ x
Ký hiệu chữ Latin 0 T.m/A Độ từ thẩm không khí rec Độ từ thẩm tương đối của lõi thép và vật liệu nam châm vĩnh cửu  rad Góc xoay rôto Al(75) .m Điện trở suất của nhôm ở 75 0C Cu(75) .m Điện trở suất của đồng ở 75 0C r m Bước rãnh rôto s m Bước rãnh stato y1 m Chiều rộng trung bình phần tử dây dẫn stato  Tỷ số giữa chiều cao của rãnh và chiều sâu hiệu ứng bề mặt rãnh 'M Wb Tổng từ thông móc vòng stato do NCVC sinh ra Từ thông móc vòng cuộn phần ứng trục d, q máy điện đồng bộ d, q Wb tổng quát M1 Wb Từ thông cơ bản do nam châm vĩnh cửu sinh ra g Wb Từ thông khe hở không khí rt Wb Từ thông khe hở không khí đi qua răng rôto st Wb Từ thông khe hở không khí đi qua răng stato sy Wb Từ thông khe hở không khí đi qua gông stato ry Wb Từ thông khe hở không khí đi qua gông rôto  Hệ số quy đổi rôto sang stato ky1 Hệ số bước ngắn i Tỷ lệ cực - đế/bước cực nam châm vĩnh cửu T (0C)-1 Hệ số nhiệt điện trở  M Chiều sâu hiệu ứng bề mặt rãnh t1 Hệ số từ dẫn tản tạp stato t1bh Hệ số từ dẫn tản tạp stato khi xét đến bão hòa mạch từ t2 Hệ số từ dẫn tản tạp rôto khi xét đến bão hòa mạch từ t2bh Hệ số từ dẫn tản tạp rôto đ1 Hệ số từ dẫn tản phần đầu nối stato đ2 Hệ số từ dẫn phần đấu nối rôto r1 Hệ số từ dẫn tản rãnh stato r1bh Hệ số từ dẫn tản rãnh stato khi xét đến bão hòa mạch từ r2 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto r2 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với s = 1 Hệ số từ dẫn tản rãnh rôto khi xét đến hiệu ứng mặt ngoài với r2bh s = 1 và bão hòa mạch từ tản st Tỷ số giữa tiết diện răng trung bình và tiết diện một bước răng stato rt Tỷ số giữa tiết diện răng trung bình và tiết diện một bước răng rôto  % Hiệu suất động cơ xi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các hàm giải gần đúng phương trình vi phân trong Simulink............................. 22 Bảng 2.2 Thông số LSPMSM 2,2 kW, 3 pha, tốc độ 1.500 vòng/phút .............................. 26 Bảng 3.1 Kết quả tính toán đặc tính Lmq với hai phương pháp LPM và PTHH ................. 41 Bảng 3.2 Kết quả tính toán đặc tính Lmd với hai phương pháp LPM và PTHH ................. 50 Bảng 3.3 Điện trở suất , .mm2/m ................................................................................... 64 Bảng 3.4 Giá trị điện trở stato, rôto theo nhiệt độ............................................................... 65 Bảng 3.5 Thông số quạt ly tâm VTL 4B 03 ........................................................................ 67 Bảng 3.6 Thông số LSPMSM 2,2 kW xét hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa mạch từ .......... 74 Bảng 3.7 Kết quả tính toán đặc tính Lmd với ba độ dày NCVC khác nhau ......................... 82 Bảng 3.8 Thông số LSPMSM 2,2 kW với độ dày NCVC khác nhau ................................. 82 Bảng 3.9 Mômen tải cực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được với độ dày NCVC khác nhau ........................................................................................................... 83 Bảng 3.10 Hiệu suất và hệ số công suất LSPMSM với độ dày NCVC khác nhau ............. 83 Bảng 3.11 Kết quả tính toán đặc tính Lmq với ba bề rộng NCVC khác nhau ..................... 85 Bảng 3.12 Bảng tổng hợp E0 với ba bề rộng NCVC khác nhau ......................................... 85 Bảng 3.13 Thông số LSPMSM 2,2 kW với bề rộng NCVC khác nhau ............................. 85 Bảng 3.14 Mômen tải cực đại LSPMSM 2,2 kW khởi động được với bề rộng NCVC khác nhau ........................................................................................................... 86 Bảng 3.15 Hiệu suất và hệ số công suất LSPMSM với bề rộng NCVC khác nhau ............ 86 Bảng 3.16 Tiêu chuẩn hiệu suất của động cơ KĐB 2,2 kW, bốn cực theo IEC ................. 87 Bảng 3.17 Thông số LSPSM 2,2 kW với kích thước NCVC được lựa chọn và SCIM 3K112-S4 ở chế độ vận hành xác lập ................................................. 87 xii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Động cơ Merrill - Cấu hình của LSPMSM nam châm AlNiCo đầu tiên .............. 5 Hình 1.2 Các dạng động cơ khởi động trực tiếp ................................................................... 8 Hình 1.3 Tám cấu hình LSPMSM phổ biến ........................................................................ 9 Hình 1.4 Cấu hình rôto LSHIPMM ................................................................................... 12 Hình 1.5 Cấu hình LSPMSM do H. Saikura và cộng sự đề xuất ....................................... 12 Hình 1.6 Cấu hình và mật độ từ thông của LSPMSM khi phân tích bằng FEM ............... 13 Hình 2.1 Sơ đồ tổng quát của máy điện đồng bộ ............................................................... 15 Hình 2.2 Sơ đồ tổng quát của máy điện đồng bộ có dây quấn phần ứng đặt ở stato, dây quấn phần ứng ở rôto ................................................................................... 15 Hình 2.3 Sơ đồ mạch điện thay thế trục d của LSPMSM ................................................... 20 Hình 2.4 Sơ đồ mạch điện thay thế trục q của LSPMSM ................................................... 20 Hình 2.5 Khối biến đổi uabc sang udq ................................................................................... 22 Hình 2.6 Khối tính toán dòng dọc trục và ngang trục......................................................... 23 Hình 2.7 Khối biến đổi dòng ngược ................................................................................... 24 Hình 2.8 Mô hình LSPMSM được mô phỏng bằng MATLAB/Simulink .......................... 24 Hình 2.9 Động cơ không đồng bộ 3 pha 3K112-S4, 2,2 kW, 1.450 vòng/phút - HEM ..... 25 Hình 2.10 LSPMSM 2,2 kW được hiệu chỉnh từ động cơ 3 pha không đồng bộ 3K112-S4 ........................................................................................................... 25 Hình 2.11 Sơ đồ dây quấn LSPMSM 3 pha, 2,2 kW .......................................................... 26 Hình 2.12 Đặc tính khởi động của LSPMSM ..................................................................... 27 Hình 3.1 Sơ đồ mạch từ LPM tính giá trị Lmq của LSPMSM ............................................. 35 Hình 3.2 Kích thước răng, rãnh LSPMSM 3 pha, 2,2 kW, bốn cực ................................... 36 Hình 3.3 Lưu đồ thuật toán tính toán Lmq = f(iqs)................................................................ 37 Hình 3.4 Cấu hình LSPMSM thử nghiệm .......................................................................... 38 Hình 3.5 Chia lưới phần tử hữu hạn LSPMSM thử nghiệm ............................................... 38 Hình 3.6 Đường đặc tính thép B50-A800 ........................................................................... 39 Hình 3.7 Đặc tính Lmq = f(iqs) với thép 1008, độngcơ LSPMSM 2,2 kW........................... 39 Hình 3.8 Từ thông LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW khi tính toán Lmq ................................. 40 Hình 3.9 Đặc tính Lmq = f(iqs) của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW ...................................... 40 Hình 3.10 Đặc tính Lmq = f(iq) với thép B50-A800 sử dụng PTHH(FEM) và LPM........... 41 Hình 3.11 Đặc tính Lmd = f(ids) do Mirahki và Lovelace tính toán cho IPM ...................... 43 Hình 3.12 Mạch từ LPM luận án đề xuất để tính toán đặc tính Lmd = f(ids) ....................... 44 xiii
Hình 3.13 Các kích thước cơ bản của barrier từ không khí ................................................ 45 Hình 3.14 Mạch từ LPM rút gọn để tính toán Lmd .............................................................. 46 Hình 3.15 Lưu đồ thuật toán tính toán Lmd = f(ids) ............................................................. 47 Hình 3.16 Đặc tính Lmd = f(ids) LSPMSM 2,2 kW thử nghiệm, 3 pha, 2,2 kW .................. 48 Hình 3.17 Chia lưới phần tử hữu hạn khi mô phỏng LSPMSM để tính toán Lmd với Maxwell 2D ................................................................................................. 48 Hình 3.18 Từ thông của LSPMSM 2,2 kW khi tính toán Lmd ............................................ 49 Hình 3.19 Đặc tính Lmd = f(ids) thu được của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW-ANSYS/MAXWELL 2D ...................................................................... 49 Hình 3.20 Đặc tính Lmd = f(ids) với phương pháp LPM đề xuất và phương pháp PTHH ... 50 Hình 3.21 Phân bố mật độ từ thông trong LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với ids = 2A...... 51 Hình 3.22 Phân bố mật độ từ thông trong LSPMSM 2,2 kW với ids = 20A ....................... 51 Hình 3.23 Mạch điện thay thế trục d khi xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq ............................. 52 Hình 3.24 Mạch điện thay thế trục q khi xét ảnh hưởng của bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq ............................. 52 Hình 3.25 Đặc tính khởi động của LSPMSM xét ảnh hưởng bão hòa mạch từ đến điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq, J = JR .................. 53 Hình 3.26 Phân bố từ trường tản trong rãnh rôto lồng sóc ................................................. 54 Hình 3.27 Tiết diện cắt ngang của một rãnh rôto lồng sóc ................................................. 55 Hình 3.28 Đặc tính kR(s) của LSPMSM thử nghiệm ........................................................ 56 Hình 3.29 Đặc tính kL(s) của LSPMSM thử nghiệm......................................................... 57 Hình 3.30 Sơ đồ mạch điện thay thế trục d hiệu chỉnh xét đến hiệu ứng mặt ngoài .......... 58 Hình 3.31 Sơ đồ mạch điện thay thế trục q hiệu chỉnh xét đến hiệu ứng mặt ngoài .......... 58 Hình 3.32 Đặc tính khởi động của LSPMSM xét hiệu ứng mặt ngoài ............................... 58 Hình 3.33 Đặc tính khởi động của LSPMSM không xét hiệu ứng mặt ngoài .................... 59 Hình 3.34 Sơ đồ mạch điện thay thế trục d xét ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài đến x1, x’2, r’2 ................................................................ 62 Hình 3.35 Sơ đồ mạch điện thay thế trục q xét ảnh hưởng bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài đến x1, x’2, r’2 ................................................................ 63 Hình 3.36 Đặc tính khởi động LSPMSM xét hiệu ứng mặt ngoài và bão hòa mạch từ tản 63 Hình 3.37 Đặc tính khởi động của LSPMSM tại một số nhiệt độ môi trường làm việc khác nhau, J = JR, Mtải = Mđm ............................................................................. 65 Hình 3.38 Đặc tính khởi động LSPMSM với tải quạt gió .................................................. 67 Hình 3.39 Đặc tính khởi động LSPMSM với các mômen quán tính khác nhau ................ 68 xiv
Hình 3.40 Sơ đồ mạch điện thay thế trục d hiệu chỉnh của LSPMSM ............................... 70 Hình 3.41 Sơ đồ mạch điện thay thế trục q hiệu chỉnh của LSPMSM ............................... 71 Hình 3.42 Một số sơ đồ khối MATLAB/Simulink mô phỏng LSPMSM có xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài ....................................... 71 Hình 3.43 Một số sơ đồ khối tính toán ids, iqs, idr, iqr xét ảnh hưởng bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài ........................................................................................ 72 Hình 3.44 Sơ đồ khối tính toán ids có xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài . 72 Hình 3.45 Sơ đồ khối tính toán iqs có xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài . 73 Hình 3.46 Sơ đồ khối tính toán L’qr, L’dr, Lls, r’2 có xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài… .................................................................................... 73 Hình 3.47 Sơ đồ khối tính toán i’dr xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài..... 74 Hình 3.48 Sơ đồ khối tính toán i’qr xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài..... 74 Hình 3.49 Đặc tính khởi động LSPMSM có xét ảnh hưởng của bão hòa và hiệu ứng mặt ngoài, J = JR............................................................................. 75 Hình 3.50 Khai báo tính toán ảnh hưởng của hiệu ứng dòng xoáy trong Maxwell 2D ...... 76 Hình 3.51 Lựa chọn kích thước lưới phần tử hữu hạn cho thanh dẫn lồng sóc .................. 77 Hình 3.52 Chia lưới phần tử hữu hạn được khi mô phỏng LSPMSM ................................ 77 Hình 3.53 Đường từ thông LSPMSM tại thời điểm t = 0,0005 s được mô phỏng bởi Maxwell 2D ....................................................................................................... 77 Hình 3.54 Đặc tính tốc độ và dòng khởi động LSPMSM được mô phỏng bằng ANSYS/Maxwell 2D ......................................................................................... 78 Hình 3.55 Đặc tính tốc độ LSPMSM được mô phỏng bằng ANSYS/Maxwell 2D và MATLAB/Simulink ...................................................................................... 79 Hình 3.56 Cấu hình của LSPMSM thử nghiệm với một số độ dày NCVC khác nhau ....... 81 Hình 3.57 Đặc tính Lmd = f(ids) của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với ba độ dày NCVC khác nhau ........................................................................................................... 81 Hình 3.58 Đặc tính tốc độ khởi động LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với độ dày NCVC khác nhau ........................................................................................................... 83 Hình 3.59 Cấu hình LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với bề rộng NCVC khác nhau ........... 84 Hình 3.60 Đặc tính Lmq = f(iqs) của LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với bề rộng NCVC khác nhau ........................................................................................................... 84 Hình 3.61 Đặc tính tốc độ khởi động LSPMSM thử nghiệm 2,2 kW với bề rộng NCVC khác nhau ........................................................................................................... 86 Hình 4.1 Một ứng dụng của LabVIEW trong điều khiển quá trình ................................... 90 Hình 4.2 Thiết bị OEM NI USB-6009 ................................................................................ 91 Hình 4.3 Sơ đồ mô hình đo lường LSPMSM ..................................................................... 92 xv
Hình 4.4 Biến dòng EMIC: CT0.6 - 150/5A - 5VA - Cl 0,5 - N1 ...................................... 92 Hình 4.5 Giao diện LabVIEW đo lường dòng pha LSPMSM ............................................ 93 Hình 4.6 Khối tính toán LabVIEW đo dòng pha LSPMSM ............................................... 93 Hình 4.7 Encoder tương đối ................................................................................................ 94 Hình 4.8 Thiết kế giao diện LabVIEW đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện LSPMSM 94 Hình 4.9 Khối tính toán LabVIEW đo lường đặc tính tốc độ và dòng điện LSPMSM ...... 95 Hình 4.10 Cấu hình rôto LSPMSM thực nghiệm khi chưa có và có NCVC ...................... 95 Hình 4.11 Nam châm vĩnh cửu NdFeB sử dụng trong LSPMSM thử nghiệm ................... 96 Hình 4.12 Quá trình lắp đặt LSPMSM thực nghiệm .......................................................... 96 Hình 4.13 Phối ghép LSPMSM thực nghiệm ..................................................................... 97 Hình 4.14 Thử nghiệm LSPMSM với tải máy phát ............................................................ 97 Hình 4.15 Đặc tính dòng khởi động LSPMSM 2,2 kW với MATLAB khi không tải ....... 98 Hình 4.16 Đặc tính dòng khởi động đo được với LSPMSM 2,2 kW khi không tải ........... 98 Hình 4.17 Đặc tính dòng khởi động mô phỏng và thực nghiệm LSPMSM 2,2 kW ........... 99 Hình 4.18 Đặc tính tốc độ khởi động của LSPMSM 2,2 kW với MATLAB khi không tải ...................................................................................................... 99 Hình 4.19 Đặc tính tốc độ khởi động đo thực tế của LSPMSM 2,2 kW khi không tải .... 100 Hình A.1 Một số hình ảnh của động cơ 3K112-S4 HEM ................................................. 110 Hình A.2 Cấu tạo stato động cơ 3K112-S4 HEM ............................................................ 110 Hình A.3 Cấu tạo rãnh stato động cơ 3K112-S4 HEM .................................................... 111 Hình A.4 Cấu tạo rôto động cơ 3K112-S4 HEM .............................................................. 118 Hình A.5 Cấu tạo rãnh rôto động cơ 3K112-S4 HEM...................................................... 118 Hình B.1 Cấu trúc rôto LSPMSM .................................................................................... 131 Hình B.2 Mạch từ thay thế tương đương của LSPMSM .................................................. 131 xvi
MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của luận án Trong những năm qua, Việt Nam đã tập trung đầu tư phát triển nguồn và lưới điện nhằm đảm bảo cung cấp điện cho các mục tiêu phát triển kinh tế - xã hội, đảm bảo an ninh, quốc phòng của đất nước và đáp ứng nhu cầu điện cho sinh hoạt của nhân dân. Tuy nhiên trong thời gian tới, Việt Nam sẽ còn gặp khó khăn trong việc bảo đảm cung cấp điện. Để ổn định nguồn điện cho sản xuất, kinh doanh và nhu cầu sinh hoạt thiết yếu của nhân dân, trong thời gian qua các Bộ, Ban, Ngành và Chính phủ Việt Nam đã ban hành nhiều chính sách, chỉ thị, đề án, giải pháp cụ thể để từng bước thực hiện tiết kiệm điện. Với mục đích sử dụng năng lượng có hiệu quả, động cơ điện đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp (LSPMSM) với ưu điểm về hiệu suất sẽ là một giải pháp thay thế động cơ không đồng bộ (KĐB) trong một số lĩnh vực trong tương lai. Thống kê lại, LSPMSM có các ưu điểm sau đây: - Hiệu suất biến đổi điện-cơ lớn. - Khởi động trực tiếp từ lưới. - So với động cơ KĐB cùng công suất, có thể chế tạo LSPMSM có kích thước nhỏ gọn hơn. - LSPMSM thuộc dòng động cơ đồng bộ NCVC, một dạng của động cơ không tiếp xúc, vì vậy sẽ có tuổi thọ cao, dễ bảo dưỡng trong quá trình vận hành. Bên cạnh những ưu điểm, LSPMSM tồn tại nhược điểm chính là khó khởi động. Quá trình khởi động còn phức tạp bởi sự có mặt mômen do NCVC sinh ra và mômen này không thể “ngắt” trong quá trình mở máy [5]. Do đó, nghiên cứu đặc tính khởi động LSPMSM sẽ là chìa khóa để phổ biến loại động cơ này. Vì vậy, “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” là cấp thiết và có tính thời sự cao trong thời điểm hiện nay. Mục đích của đề tài Xây dựng mô hình toán để nghiên cứu đặc tính khởi động của LSPMSM có xét đến yếu tố bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài. Từ đặc tính khởi động thu được, đánh giá những yếu tố, thông số chính ảnh hưởng đến quá trình khởi động. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của luận án là động cơ đồng bộ nam châm vĩnh cửu khởi động trực tiếp, do có ưu điểm về hiệu suất và hệ số công suất khi vận hành. 1
Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu quá trình khởi động của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài và thực nghiệm với động cơ công suất 2,2 kW. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài luận án, NCS sử dụng các phương pháp nghiên cứu là: Phương pháp nghiên cứu lý thuyết, phương pháp mô hình hóa và mô phỏng, phương pháp thực nghiệm. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Ý nghĩa khoa học Xây dựng được mô hình toán và mô phỏng quá trình khởi động của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài. Ý nghĩa thực tiễn Kết quả nghiên cứu sẽ giúp ích cho các nhà thiết kế, chế tạo đánh giá và điều chỉnh kết cấu để có đặc tính khởi động của LSPMSM phù hợp. Các đóng góp mới của luận án - Đề xuất mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng của bão hòa mạch từ và hiệu ứng mặt ngoài. - Đề xuất phương pháp mô hình tham số tập trung để tính toán đặc tính điện cảm từ hóa đồng bộ dọc trục, ngang trục Lmd, Lmq của LSPMSM có xét đến ảnh hưởng bão hòa mạch từ. - Nghiên cứu ảnh hưởng hiệu ứng mặt ngoài ảnh hưởng đến quá trình khởi động của LSPMSM. - Thiết kế và chế tạo động cơ LSPMSM mẫu 3 pha, 2,2 kW, tốc độ 1.500 vg/phút và thực nghiệm đặc tính khởi động, hiệu suất và hệ số công suất. Kết cấu của luận án bao gồm Phần mở đầu, 4 chương, kết luận và kiến nghị và 3 phụ lục, cụ thể: Chương 1: Tổng quan Chương 2: Mô hình toán và mô phỏng đặc tính khởi động của LSPMSM Chương 3: Các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính khởi động của LSPMSM Chương 4: Thực nghiệm và đánh giá kết quả Kết luận và kiến nghị Phụ lục 2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1 Lịch sử phát triển của LSPMSM Động cơ đồng bộ NCVC khởi động trực tiếp (LSPMSM) đã có quá trình hình thành và phát triển lâu dài, có thể tóm tắt như sau [63]: Năm 1955, F. W. Merrill là người đầu tiên thiết kế, chế tạo một LSPMSM hoàn chỉnh, trong đó các thanh NCVC được chế tạo từ Ferrite và hợp kim Alnico. Tuy nhiên, NCVC Alnico có hệ số lực kháng từ Hc thấp, khả năng ổn định nhiệt không cao, NCVC Ferrite lại có mật độ từ thông dư Br thấp, độ giòn cao. Thêm vào đó, hai vật liệu NCVC trên có các đường đặc tính khử từ phi tuyến mạnh, vì vậy sẽ mất dần từ tính trong quá trình hoạt động. Tại thời điểm Merrill phát minh LSPMSM, các đặc tính từ tính không tốt của NCVC đã hạn chế khả năng phổ biến thương mại đối với loại động cơ mới đầy triển vọng này. Tiếp theo sự phát minh của Merrill, đã có một vài tổ chức và nhà sản xuất động cơ quan tâm đến động cơ LSPMSM. Khi công nghệ vật liệu NCVC phát triển với một số thành tựu đáng kể thì mối quan tâm đối với động cơ đồng bộ NCVC (PMSM) theo đó cũng tăng lên. Một bước ngoặt xuất hiện vào những năm 1980 cho ngành chế tạo động cơ, vật liệu NCVC đất hiếm ra đời. Trong đó, NCVC đất hiếm Neodymium Iron Boron (NdFeB) có các đặc tính ưu việt như có mật độ từ dư cao, tích số năng lượng cực đại (BHmax) lớn [25], [53] rất phù hợp trong chế tạo động cơ điện, đặc biệt là LSPMSM. Trong giữa thập kỷ 80, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào quá trình vận hành xác lập của LSPMSM và đã chứng minh ưu điểm về hiệu suất của dòng động cơ này. Tiếp sau đó, quá trình động được nghiên cứu thông qua mô hình toán phân tích được viết theo hệ trục tọa độ d-q của động cơ. Cuối thập niên 90, phương pháp phân tích phần tử hữu hạn bắt đầu được ứng dụng để mô phỏng quá trình đồng bộ và khởi động LSPMSM, đây là những vấn đề quan trọng nhất trong thiết kế động cơ. Ở cùng thời điểm, các phương pháp ước lượng thông số và phương pháp phân tích phần tử hữu hạn cũng được phát triển mạnh mẽ. Sau khoảng thời gian 10 - 12 năm tiếp theo, trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, người ta bắt đầu chú ý đến LSPMSM. LSPMSM được phát triển và ứng dụng trong công nghiệp xuất phát từ nhu cầu về động cơ có hiệu suất cao, chi phí vận hành thấp. Bên cạnh đó, xu hướng ứng dụng LPSMSM trong công nghiệp còn do LSPMSM đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế quy định hiệu suất đối với động cơ điện ngày càng cao. Trên thực tế, đã có nhiều quy định tiêu chuẩn hiệu suất năng lượng, chính sách năng lượng được ban hành tại Mỹ (1992), Canada (1997) và gần đây là Liên minh châu Âu vào tháng 6 năm 2014 ban hành tiêu chuẩn IEC 60034-30-1:2014. Tại Việt Nam, năm 2013 Tiêu chuẩn quốc gia TCVN 7540-1: 2013 đã được ban hành. Ở thời điểm hiện tại, LSPMSM đang được tập trung nghiên cứu với các cấu hình khác nhau, các thiết kế mới liên tục được phát minh nhằm mục đích “dễ dàng chế tạo” trong thiết kế và “dễ lắp đặt” trong vận hành. 3
1.2. Ưu điểm của LSPMSM Theo [18], so với các động cơ ở thời điểm hiện nay như: động cơ KĐB rôto lồng sóc, động cơ KĐB rôto dây quấn, động cơ đồng bộ, LSPMSM có các ưu điểm sau: - Hiệu suất biến đổi điện-cơ lớn. - Hệ số công suất cao, thậm chí có thể bằng một. - Là một loại trong dòng động cơ đồng bộ không tiếp xúc, do vậy so với các động cơ đồng bộ tiếp xúc khác chúng có tuổi thọ làm việc cao, dễ bảo dưỡng. - Có khả năng khởi động trực tiếp từ lưới. Chính vì những tính chất trên mà LSPMSM hiện đang được nghiên cứu sâu rộng và kỳ vọng sẽ thay thế cho động cơ KĐB (hiện đang được sử dụng phổ biến) trong một số lĩnh vực trong thời gian tới. 1.3 Nhược điểm của LSPMSM Bên cạnh ưu điểm, LSPMSM còn tồn tại nhược điểm lớn cần phải khắc phục [5], [14]: Động cơ khó khởi động. 1.4 Các nghiên cứu trong nước và thế giới về LSPMSM 1.4.1 Các nghiên cứu trong nước Hiện nay, trong nước các nghiên cứu về LSPMSM chưa nhiều, có thể tóm tắt một số nghiên cứu: Bùi Đức Hùng và cộng sự (2013) [3] nghiên cứu thiết kế và chế tạo PMSM có công suất dưới 1 kW. Các tác giả nghiên cứu, thiết kế và chế tạo thành công động cơ PMSM công suất dưới 1 kW có tính ứng dụng cao trong đời sống. Nguyễn Vũ Thanh (2015) [8] nghiên cứu thiết kế tối ưu động cơ đồng bộ 3 pha NCVC (LSPMSM). Trong nghiên cứu, tác giả tập trung xem xét thuật toán thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh động cơ đồng bộ 3 pha NCVC khởi động trực tiếp từ lưới điện, từ đó thực hiện tối ưu để nâng cao hiệu suất, hệ số công suất cos và giảm thể tích NCVC động cơ chế tạo theo công nghệ đề xuất. 1.4.2 Các nghiên cứu trên thế giới Ở thời điểm hiện tại, các nghiên cứu trên thế giới về LSPMSM đa dạng do vật liệu NCVC đất hiếm ngày càng rẻ và sẵn có. Thêm vào đó, tiêu chuẩn quốc tế cũng như các nước hiện nay đều yêu cầu hiệu suất đối với động cơ điện ngày càng cao, trong khi động cơ KĐB gần như đã đạt đến ngưỡng hiệu suất tối đa, việc nâng cao hiệu suất gặp khó khăn [16]. Vì vậy LSPMSM đang thu hút được sự được quan tâm từ các nhà nghiên cứu và sản xuất động cơ. Tóm lược các nghiên cứu trên thế giới về LSPMSM có thể kể đến như sau: F. W. Merrill [63] được coi là người đầu tiên thiết kế, chế tạo một LSPMSM hoàn chỉnh vào năm 1955, tại thời điểm đó NCVC thường là Ferrite (oxít sắt) hoặc hợp kim AlNiCo (hợp kim của niken, nhôm, coban cùng với việc kết hợp một số chất phụ gia khác). Hình 1.1 biểu diễn mặt cắt ngang động cơ do Merrill phát minh, động cơ có 4 vòng lặp 4