Luận án tiến sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu nâng cao chất lượng ổ từ kiểu lai

• Tác giả: Vũ Đình Đạt
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Quang Địch
• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên cứu nâng cao chất lượng ổ từ kiểu lai
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• 2. DANH MỤC BẢNG BIỂU
• 3. DANH MỤC HÌNH VẼ
• 4. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
• 5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 6. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
• 7. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 8. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN
• 9. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN
• 10. BỐ CỤC VÀ NỘI DUNG CỦA LUẬN ÁN
• 10.1. TỔNG QUAN VỀ Ổ TỪ KIỂU LAI
• 10.1.1. KHÁI NIỆM CHUNG VỀ Ổ TỪ
• 10.1.1.1. Ổ từ bị động (PMB)
• 10.1.1.2. Ổ từ chủ động (AMB)
• 10.1.1.3. Ổ từ kiểu lai (HMB)
• 10.1.2. NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN Ổ TỪ KIỂU LAI
• 10.1.2.1. Nghiên cứu về cấu trúc ổ từ kiểu lai
• 10.1.2.2. Nghiên cứu về các phương pháp điều khiển ổ từ kiểu lai
• 10.1.3. KẾT LUẬN VÀ ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU
• 10.2. NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC MỚI Ổ TỪ KIỂU LAI
• 10.2.1. Ổ TỪ KIỂU LAI KHÔNG CÓ KHE HỞ PHỤ
• 10.2.1.1. Cấu trúc ổ từ kiểu lai không có khe hở phụ
• 10.2.1.2. Phân tích mô hình bằng phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn
• 10.2.1.3. Phân tích so sánh kết quả
• 10.2.2. Ổ TỪ KIỂU LAI KHE HỞ PHỤ
• 10.2.2.1. Cấu trúc ổ từ kiểu lai khe hở phụ
• 10.2.2.2. Phương pháp tính toán mạch từ tương đương
• 10.2.2.3. Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn
• 10.2.2.4. Phân tích đánh giá kết quả
• 10.2.3. Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH
• 10.2.3.1. Cấu trúc ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.2.3.2. Phương pháp tính toán mạch từ tương đương
• 10.2.3.3. Phương pháp mô phỏng phần tử hữu hạn
• 10.2.3.4. So sánh ổ từ kiểu lai khe phân cách và ổ từ kiểu lai khe hở phụ
• 10.2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 10.3. NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ ĐIỀU KHIỂN CHO Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH
• 10.3.1. XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN HỌC
• 10.3.1.1. Mô tả hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.3.1.2. Xây dựng mô hình toán học hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.3.2. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN TUYẾN TÍNH PHẢN HỒI TẬP TRUNG PD
• 10.3.2.1. Thiết kế hệ điều khiển PD
• 10.3.2.2. Mô phỏng đánh giá hệ điều khiển PD
• 10.3.3. XÂY DỰNG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHI TUYẾN DỰA TRÊN BỘ ĐIỀU KHIỂN TRƯỢT
• 10.3.3.1. Thiết kế hệ điều khiển trượt
• 10.3.3.2. Mô phỏng đánh giá hệ điều khiển trượt
• 10.3.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 10.4. XÂY DỰNG MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ CÁC KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
• 10.4.1. GIỚI THIỆU MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM
• 10.4.2. CƠ CẤU CHẤP HÀNH CỦA HỆ THỐNG Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH
• 10.4.2.1. Stator của ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.4.2.2. Rotor của ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.4.3. PHẦN CỨNG CỦA HỆ ĐIỀU KHIỂN Ổ TỪ KIỂU LAI KHE PHÂN CÁCH
• 10.4.3.1. Mô tả phần cứng của hệ điều khiển ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.4.3.2. Bộ biến đổi công suất
• 10.4.3.3. Cảm biến khoảng cách
• 10.4.3.4. Mô hình hoàn thiện hệ thống ổ từ kiểu lai khe phân cách
• 10.4.4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
• 10.4.4.1. Rotor ở trạng thái tĩnh không quay
• 10.4.4.2. Rotor ở trạng thái quay
• 10.4.4.3. Khi rotor thay đổi tải trọng và có tác động nhiễu lực bên ngoài
• 10.4.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• 11. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tính cấp thiết của đề tài

Nghiên cứu về ổ từ kiểu lai là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ kỹ thuật điện. Ổ từ có khả năng nâng không tiếp xúc các trục chuyển động nhờ vào lực từ trường, mang lại nhiều lợi ích cho các ứng dụng công nghiệp. Ứng dụng đầu tiên của ổ đỡ từ xuất hiện vào những năm 1970, chủ yếu trong hệ thống định hướng vệ tinh và bộ ổn định con quay hồi chuyển. Những ưu điểm như độ chính xác cao và tuổi thọ lâu dài đã khiến ổ đỡ từ trở nên phổ biến trong nhiều lĩnh vực, từ máy bơm phân tử đến máy phát điện tăng áp. Tuy nhiên, việc sử dụng ổ từ kiểu lai cũng gặp phải một số thách thức, như hiện tượng xen kênh từ thông và bão hòa từ trong mạch từ. Do đó, nghiên cứu này nhằm phát triển cấu trúc mới cho ổ từ kiểu lai, giúp tiết kiệm năng lượng và tăng khả năng chịu tải.

II. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu chính của luận án là ổ từ kiểu lai, loại ổ từ tích hợp giữa nam châm vĩnh cửu và nam châm điện. Phạm vi nghiên cứu bao gồm thiết kế cấu tạo, xây dựng mô hình toán học và thiết kế bộ điều khiển cho ổ từ kiểu lai. Nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phát triển cấu trúc mới nhằm giảm thiểu ảnh hưởng của hiện tượng xen kênh và bão hòa từ, đồng thời tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của ổ từ. Các phương pháp nghiên cứu sẽ được áp dụng bao gồm mô phỏng phần tử hữu hạn và phương pháp mạch từ tương đương, nhằm đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong thiết kế.

III. Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phát triển một cấu trúc ổ từ kiểu lai mới, đảm bảo giảm thiểu ảnh hưởng xen kênh và bão hòa từ, tiết kiệm năng lượng và dễ dàng điều khiển. Nghiên cứu sẽ xây dựng hệ điều khiển phù hợp để đảm bảo hoạt động ổn định cho ổ từ kiểu lai với cấu trúc mới. Các tiêu chí cụ thể bao gồm việc tối ưu hóa thiết kế để nâng cao hiệu suất và khả năng chịu tải, đồng thời giảm thiểu tổn hao năng lượng trong quá trình hoạt động. Điều này không chỉ có ý nghĩa trong lý thuyết mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao trong ứng dụng công nghiệp.

IV. Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sẽ được thực hiện từ lý thuyết đến thực nghiệm. Đầu tiên, nghiên cứu tổng quan về cấu tạo và phương pháp điều khiển của ổ từ kiểu lai sẽ được tiến hành để lựa chọn cấu trúc tối ưu. Sau đó, áp dụng phương pháp mạch từ tương đương và mô phỏng phần tử hữu hạn để tính toán và mô phỏng cấu trúc ổ từ kiểu lai. Cuối cùng, thực nghiệm sẽ được thực hiện để kiểm chứng các kết quả lý thuyết và mô phỏng, đảm bảo tính chính xác và khả thi của thiết kế.

V. Những đóng góp mới của luận án

Luận án này đóng góp một cấu trúc ổ từ kiểu lai mới, thỏa mãn các tiêu chí không xen kênh từ thông và giảm từ trường tản. Mô hình toán học cho ổ từ kiểu lai khe phân cách cũng được xây dựng, trong đó có tính đến ảnh hưởng của tốc độ quay của rotor. Hệ điều khiển tuyến tính và phi tuyến được thiết kế để đảm bảo hoạt động ổn định của ổ từ kiểu lai. Đặc biệt, bộ điều khiển phi tuyến sử dụng hàm Sigmoid đã giảm thiểu hiện tượng rung, nâng cao hiệu quả điều khiển. Những kết quả này không chỉ có giá trị lý thuyết mà còn có ứng dụng thực tiễn trong các hệ thống công nghiệp hiện đại.

VI. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ cung cấp cơ sở lý thuyết cho việc xây dựng mô hình ổ từ kiểu lai mới mà còn giúp người đọc dễ dàng tiếp cận với công nghệ này. Luận án sẽ là tài liệu tham khảo quý giá cho các nghiên cứu và phân tích các đối tượng tương tự trong tương lai. Về mặt thực tiễn, mô hình ổ từ kiểu lai mới có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, từ máy bơm đến thiết bị y tế, góp phần nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của các hệ thống cơ điện.