I. Giới thiệu và bối cảnh nghiên cứu
Luận án tiến sĩ kỹ thuật điện tập trung vào cải thiện đặc tính mômen của động cơ từ trở (SRM), một loại động cơ có tiềm năng ứng dụng cao trong các hệ thống công nghiệp và xe điện. SRM nổi bật với kết cấu đơn giản, chi phí thấp, và khả năng chịu quá tải tốt. Tuy nhiên, nhược điểm chính là độ nhấp nhô mômen cao, gây ra rung động và tiếng ồn. Nghiên cứu này nhằm khắc phục các hạn chế này thông qua việc tối ưu hóa kết cấu stator và rotor, đồng thời đề xuất các phương pháp điều khiển hiệu quả.
1.1. Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chính của luận án là cải thiện đặc tính mômen của SRM bằng cách nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ góc cực stator/rotor và bước cực đến mômen trung bình và độ nhấp nhô mômen. Ngoài ra, nghiên cứu cũng đề xuất mối quan hệ giữa góc đóng và góc mở dòng điện với góc cực stator/rotor để tối ưu hóa hiệu suất động cơ.
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Nghiên cứu có ý nghĩa khoa học trong việc đánh giá và tối ưu hóa kết cấu SRM, đồng thời mang lại giá trị thực tiễn cho các nhà thiết kế và chế tạo động cơ. Kết quả nghiên cứu giúp xác định các thông số kỹ thuật tối ưu để đạt được mômen trung bình cao và giảm thiểu độ nhấp nhô mômen, từ đó nâng cao hiệu suất và độ ổn định của SRM.
II. Cơ sở lý thuyết và mô hình toán học
Chương này trình bày cơ sở lý thuyết và mô hình toán học của SRM, bao gồm kết cấu, nguyên lý hoạt động, và các phương pháp tính toán điện cảm, mômen, và từ thông. Mô hình toán học được xây dựng dựa trên phương pháp mạch từ tương đương và phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) để mô phỏng các đặc tính của SRM.
2.1. Kết cấu và nguyên lý hoạt động
SRM có kết cấu đơn giản với stator và rotor không có cuộn dây, hoạt động dựa trên nguyên lý thay đổi từ trở. Mômen động cơ được tạo ra do sự thay đổi điện cảm khi rotor quay. Các thông số kết cấu như số cực stator/rotor và góc cực ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính mômen và hiệu suất động cơ.
2.2. Mô hình toán học
Mô hình toán học của SRM được xây dựng dựa trên phương trình điện từ và phương pháp mạch từ tương đương. Các phương trình này được sử dụng để tính toán điện cảm, từ thông, và mômen. Mô phỏng trên phần mềm Ansys Maxwell và Motor Cad giúp kiểm chứng độ chính xác của mô hình.
III. Phân tích và cải thiện đặc tính mômen
Chương này tập trung vào phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến mômen trung bình và độ nhấp nhô mômen của SRM. Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích Fourier để đánh giá ảnh hưởng của góc cực rotor đến độ nhấp nhô mômen, đồng thời đề xuất các phương pháp tối ưu hóa kết cấu để cải thiện hiệu suất động cơ.
3.1. Ảnh hưởng của góc cực rotor
Góc cực rotor có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhấp nhô mômen. Nghiên cứu chỉ ra rằng việc tăng góc cực rotor có thể làm giảm độ nhấp nhô mômen nhưng đồng thời cũng làm giảm mômen trung bình. Do đó, cần tìm ra tỉ lệ tối ưu giữa góc cực rotor và bước cực để đạt được hiệu suất cao nhất.
3.2. Tối ưu hóa kết cấu
Nghiên cứu đề xuất các phương pháp tối ưu hóa kết cấu stator và rotor để cải thiện đặc tính mômen. Các phương pháp này bao gồm điều chỉnh tỉ lệ góc cực stator/rotor và bước cực, đồng thời sử dụng các kỹ thuật điều khiển góc đóng và góc mở dòng điện để giảm thiểu độ nhấp nhô mômen.
IV. Mô phỏng và thực nghiệm
Chương này trình bày kết quả mô phỏng và thực nghiệm để kiểm chứng các phương pháp đề xuất. Mô phỏng được thực hiện trên các mô hình SRM 6/4 và SRM 12/8, trong khi thực nghiệm được tiến hành trên SRM 12/8 để đo lường mômen, tốc độ, và độ nhấp nhô mômen.
4.1. Kết quả mô phỏng
Kết quả mô phỏng cho thấy việc điều chỉnh góc cực rotor và tỉ lệ góc cực stator/rotor có thể cải thiện đáng kể mômen trung bình và giảm độ nhấp nhô mômen. Các mô hình SRM 6/4 và SRM 12/8 được sử dụng để kiểm chứng hiệu quả của các phương pháp đề xuất.
4.2. Kết quả thực nghiệm
Thực nghiệm trên SRM 12/8 cho thấy kết quả đo lường mômen và tốc độ phù hợp với kết quả mô phỏng. Điều này khẳng định tính chính xác của các phương pháp đề xuất và khả năng ứng dụng thực tế của nghiên cứu.
V. Kết luận và kiến nghị
Luận án đã đạt được các mục tiêu nghiên cứu bằng cách đề xuất các phương pháp tối ưu hóa kết cấu và điều khiển để cải thiện đặc tính mômen của SRM. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và độ ổn định của SRM, đồng thời mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực kỹ thuật điện và công nghệ động cơ.
5.1. Kết luận
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc điều chỉnh góc cực rotor và tỉ lệ góc cực stator/rotor có thể cải thiện đáng kể mômen trung bình và giảm độ nhấp nhô mômen. Các phương pháp đề xuất đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng và thực nghiệm, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của chúng.
5.2. Kiến nghị
Để tiếp tục phát triển nghiên cứu, cần thực hiện thêm các thử nghiệm trên các mô hình SRM khác nhau và ứng dụng các kỹ thuật điều khiển tiên tiến để tối ưu hóa hiệu suất động cơ. Ngoài ra, cần nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường và tải đến đặc tính mômen của SRM.
