BẢO VỆ ĐỀ CƯƠNG
ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ BỘ BIẾN
ĐỔI ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT ĐỘNG
CƠ KHÔNG LÕI THÉP
HV: VŨ VĂN HỌC
HD: PGS.TS NGUYỄN QUANG ĐỊCH
MS: 151
NỘI DUNG TRÌNH BÀY
1
• TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ TÍNH CẤP
THIẾT
2
• MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
3
• NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ CÁC VẤN
ĐỀ CẦN GIẢI QUYẾT
4
• PHƯƠNG PHÁP VÀ TIẾN TRÌNH NGHIÊN
CỨU DỰ KIẾN
5
• KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU DỰ KIẾN
6
• THAM KHẢO
3
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
1.1 Tính cấp thiết:
Một yêu cầu quan trọng đối với động cơ là chất lượng mô men đầu trục. Với sự
phát triển của công nghệ, bài toán đặt ra cho các dạng động cơ hiện đại cần phải đảm
bảo chất lượng ngay cả khi làm việc ngoài chế độ định mức, đặc biệt là khi làm việc ở
dải tốc độ thấp. Một vấn đề đặt ra khi làm việc ở dải tốc độ thấp là mô men đập mạch
của động cơ trở nên đáng kể so với mô men quay của động cơ. Nguyên nhân sinh ra mô
men đập mạch của động cơ là sự phân bố từ trường không đồng đều trong khe hở không
khí giữa rotor và stator. Mật độ từ thông tập trung ở các đỉnh cực và tập trung ít hơn ở
khe quấn dây. Một số giải pháp giảm thiểu đã được nghiên cứu như tăng số cực, thay đổi
cấu trúc stator nhằm phân bố từ thông một cách đồng đều.
Một giải pháp đã được nghiên cứu trong nhiều năm là loại bỏ lõi thép trong stator,
cấu trúc này cho phép hình thành mật độ từ thông đồng đều trong khe hở không khí. Và
do đó, với cấu trúc này làm giảm đáng kể mô men đập mạch hơn nữa có thể loại bỏ hoàn
toàn.
4
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
Tuy nhiên, do không sử dụng lõi thép nên mật độ từ thông của khe hở bị giảm xuống (do
độ từ thẩm nhỏ) có nghĩa là mô men sinh ra bởi dòng điện stator nhỏ hơn động cơ. Đề bù
đắp cho vấn đề này, động cơ không lõi thép thường được chế tạo với kích thước rotor lớn
nhằm tăng mô men của động cơ.
Hình 1 Động cơ có rãnh và không có rãnh
5
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
- Các ưu điểm vượt trội của loại động cơ này bao gồm:
- Tốc độ cao, kích thước nhỏ
- Mô men đập mạch rất nhỏ
- Năng lượng tổn hao bé
- Thích hợp với nhiều loại môi trường làm việc
- Bên cạnh đó cũng có nhược điểm:
- Mô men xoắn nhỏ hơn độc cơ cùng công xuất
- Momen quán tính lớn
6
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
Với các đặc điểm vượt trội hơn các loại động cơ khác như hiệu suất, cosφ cao, tốc độ
ít phụ thuộc vào điện áp, không bị hao mòn, ma sát rất nhỏ do dùng ổ từ, có khả năng tăng
công suất khi tăng thêm các stator và rotor gắn trên trục động cơ… động cơ sử dụng ổ từ
được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống.
Hơn nữa, chất lượng của một hệ truyền động phụ thuộc rất nhiều vào động cơ tạo nên
truyền động đó. Cần phải tạo ra một hệ truyền động có khả năng thay đổi tốc độ trơn, mịn
với phạm vi điều chỉnh rộng, độ chính xác của đại lượng điều chỉnh ở chế độ tĩnh cao để
tạo nên vùng làm việc với sai số nhỏ, hệ làm việc với bất cứ quá trình quá độ nào cũng
phải đạt được độ ổn định cao và hệ phải có khả năng đáp ứng nhanh với yêu cầu điều
chỉnh. Tất cả những điều này thực sự đặt ra những yêu cầu càng ngày càng khắt khe hơn
cho các hệ thống truyền động, đặc biệt yêu cầu điều khiển thông minh, nhanh ở động cơ
đồng bộ sẽ được đề cao hơn rất nhiều. Các cấu trúc động cơ thông thường đã được cải tiến
một cách mạnh mẽ tuy nhiên vẫn tồn tại các nhược điểm của một động cơ có lõi thép như:
tồn tại mô men đập mạch, kích thước lớn, độ bền và độ chính xác chưa phải là quá tốt…
7
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
Và để giải quyết các yêu cầu đó, một loại động cơ mới đã được tìm hiểu và chế tạo là
động cơ không lõi thép. Trong luận văn này, tác giả đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu, thiết
kế bộ biến đổi điện tử công suất cho động cơ không lõi thép” để nghiên cứu và thiết kế bộ
biến đổi sử dụng cho động cơ không lõi thép.
8
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
1.2 Tình hình nghiên cứu:
Trong khoảng mười năm trở lại đây trên thế giới đã thực hiện nhiều nghiên cứu về
động cơ không lõi thép, đã có nhiều mẫu thử nghiệm được chế tạo trong phòng thí
nghiệm. Một số nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học hàng đầu. Cụ thể
là:
- Tại phòng thí nghiệm Cơ điện tử trường đại học Kentucky, Hoa Kỳ. Nhóm tác giả
này đã chế tạo thử nghiệm động cơ này với thông số: đường kính 152mm, dài 25.4mm,
lực đỉnh lên tới 213.6 N và mô men đỉnh đạt 24 Nm .
- Tại phòng thí nghiệm Điện tử công suất của Viện công nghệ Liên bang Thụy sĩ. Các
nhà nghiên cứu đã thực hiện chế tạo động cơ loại này đạt được tốc độ 550000 rpm. Điều
mà các động cơ thông thường chưa thực hiện được.
- Tại Trường đại học Ritsumeikan, Nhật bản, một cấu trúc động cơ mới đã được
nghiên cứu bằng cách thay đổi cách thức chế tạo đã đơn giản hóa được phương pháp điều
khiển.
9
1
• Tình hình nghiên cứu và tính cấp thiết
Ngoài ra còn có một số nghiên cứu bổ sung hoàn thiện thiết kế đã được công bố
khác. Còn tại Việt Nam, đã có một bộ thí nghiệm về động cơ này được chế tạo tại
Viện điều khiển và Tự động hóa (ICEA) thuộc trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội,
tuy nhiên các kết quả thực nghiệm vẫn chưa được công bố nhiều.
Việc nghiên cứu mới chỉ thực hiện trong phòng thí nghiệm, mặc dù các công bố
cho thấy khả năng làm việc của chúng nhưng vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Các
bài toán điều khiển, xây dựng bộ biến đổi điện tử công suất cho loại động cơ này
chưa thực sự được đề cập tới, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế và
chế tạo động cơ cũng như phân tích các cách thức làm việc của nó.
10
2
• Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là tìm hiểu nghiên cứu về động cơ không lõi thép. Nghiên
cứu và thiết kế bộ biến đổi điện tử công suất với một cấu trúc động cơ cụ thể. Tính
toán mô phỏng hệ thống và thực nghiệm kiểm chứng, so sánh đánh giá kết quả thu
được.
Đối tượng của đề tài là động cơ không lõi thép 6 pha [6]. Phạm vi đề tài là
thực hiện nghiên cứu lý thuyết, nguyên lý hoạt động của động cơ từ đó xây dựng
mô hình thí nghiệm kiểm chứng hoạt động của bộ biến đổi điện tử công suất, tạo
tiền đề cho các công bố ứng dụng thực tế sau này.
11
3
• Mục tiêu nghiên cứu và các vấn đề cần giải
quyết
Nội dung của đề tài và các vấn đề cần giải quyết bao gồm:
- Tìm hiểu về động cơ không lõi thép. Nội dung chính trình bày về sự ra đời
động cơ không lõi thép, giới thiệu về cấu trúc, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của
động cơ không lõi thép đồng thời phân tích các ưu điểm và nhược điểm của loại động
cơ này so với động cơ có lõi thép thông thường, ứng dụng thực tế trong cuộc sống.
- Xây dựng mô hình toán học cho động cơ không lõi thép đang nghiên cứu.
- Nghiên cứu thiết kế cấu trúc bộ biến đổi cho động cơ không lõi thép. Xây dựng
mô hình bộ biến đổi cho động cơ, phân tích phương pháp hoạt động của bộ biến đổi,
tính toán lựa chọn tham số bộ biến đổi điện tử công suất.
- Mô phỏng và thực nghiệm kiểm chứng. Mô phỏng đối tượng. Thử nghiệm bộ
biến đổi điện tử công suất ứng dụng cho động cơ không lõi thép.
12
4
• Phương pháp và tiến trình nghiên cứu dự kiến
Dựa trên các kết quả đã được công bố, phương pháp tiếp cận là thừa hưởng các
nghiên cứu đã có, áp dụng lý thuyết chung để thực hiện, chế tạo thử nghiệm từ đó
nghiên cứu và giải quyết các vấn đề mang tính mới.
Phương pháp nghiên cứu là sử dụng các phân tích lý thuyết vật lý cơ bản trong
lý thuyết trường điện từ đẻ tìm hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ. Từ đó kiểm
nghiệm lại bằng các mô phỏng và thí nghiệm.
13
5
• Kết quả nghiên cứu dự kiến
Kết quả nghiên cứu dự kiến:
- Tìm hiểu được cấu tạo, đặc điểm của động cơ không lõi thép.
- Xây dựng được cấu trúc, mô hình toán học của động cơ không lõi thép.
- Nghiên cứu, thiết kế từ đó xây dựng được bộ biến đổi điện tử công suất
cho động cơ không lõi thép.
- Xây dựng được mô hình thực nghiệm và kiểm chứng.
14
6
• Tài liệu tham khảo
[1] Y. Okada, K. Dejima and T. Ohishi, “Analysis and comparison of PM synchronous motor and
induction motor type magnetic bearing,” IEEE Trans. Industry Applications,1995,Vol. 32, pp.
1047-1053.
[2] Z. Ren and L. S. Stephens, “Closed-loop performance of a six degree-offreedom precision
magnetic actuator,” IEEE/ASME Trans. Mechatronics, 2005, Vol. 10, No. 6, pp. 666–674.
[3] T. Schneider and A. Binder, “Design and evaluation of a 60.000 rpm permanent magnet
bearingless high speed motor,” in Proceedings of the 7th International Conference on Power
Electronics and Drive Systems, 2007, pp. 1–8.
[4] D. Q. Nguyen and S. Ueno, “Analysis and Control of Non-Salient Permanent Magnet AxialGap Self-Bearing Motor,” IEEE Trans. on Industrial Electronics, 2011, Vol. 58, No. 7, pp. 26442652.
[5] D. Q. Nguyen and S. Ueno, “Modeling and Control of Salient-Pole Permanent Magnet Axial
Gap Self-Bearing Motor,” IEEE/ASME Trans. on Mechatronics. 2011, Vol. 16, No. 3, pp. 518526.
[6] D. Steinert, T. Nussbaumer and J. W. Kolar, “Slotless Bearingless Disk Drive for High-Speed
and High-Purity Applications,” IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2014, Vol. 61, No.
11, pp. 5974 - 5986.
[7] S. Ueno, S. Uematsu and T. Kato, “Development of a Lorentz-Force-Type Slotless SelfBearing Motor,” Journal of System Design and Dynamics. 2009 Vol. 3, No. 4,pp. 462-470.
15
6
• Tài liệu tham khảo
[8] S. Ueno and T. Kato, “A Novel Design of a Lorentz-Force-Type Small Self
Bearing Motor,” in Proceedings of the 8th International Conference on Power
Electronics and Drive Systems. 2009 pp. 926-931.
[9] Nguyen HP, Nguyen XB, Bui TT, Ueno S, Nguyen QD “Analysis and Control
of Slotless Self-Bearing Motor,” Actuators. 2019; 8(3):57.
[10] Bùi Trung Tuyến, “Nghiên cứu thiết kế hệ điều khiển tốc độ cho động cơ
không dùng lõi thép”, Luận văn thạc sĩ Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
[11] Nguyễn Xuân Biên, “Nghiên cứu điều khiển trượt cho động cơ tự nâng
không lõi thép”, Luận văn thạc sĩ Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
16
CẢM ƠN THẦY
VÀ MỌI NGƯỜI
ĐÃ LẮNG NGHE
THANK YOU!
17
Bằng và bảng điểm
18
Chứng chỉ tiếng anh
19
Thông tin minh chứng
- Bài báo và công trình khoa học đã công bố:PID-Type Iterative Learning Control
for Output Tracking Gearing Transmission Systems.
- Các giải thưởng,… nghiên cứu khoa học:
- Bằng khen: Đạt giải Ba trong cuộc thi ‘Công nghệ trí tuệ Canon ChieTech’năm 2019.
- Bằng khen: Đạt giải Ba trong cuộc thi ‘Công nghệ trí tuệ Canon ChieTech’ năm 2020.
ngại vật).
- Giấy khen đạt giải nhì cuộc thi sáng tạo robot 2019(robot đấu vật).
- Giấy khen đạt giải nhì cuộc thi sáng tạo robot 2019(robot vượt chướng
- Chứng nhận Đạt giải ba cuộc thi robot lần thứ V năm 2018 Chào mừng
kỷ niệm 46 năm ngày thành lập khoa Cơ khí và khoa Điện.
20
Thông tin minh chứng
- Giấy Chứng nhận đạt giải Khuyến khích trong kì thi Olympic Cơ học cấp
trường năm 2018.
- Tham gia cuộc thi robotcon 2020 do nhà trường tổ chức.
chức.
- Tham gia, đạt giải ba cuộc thi robotcon mở rộng 2020 do nhà trường tổ
- Giải ba cuộc thi sáng tạo sinh viên khoa Điện lần thứ V năm 2020.
- Giấy khen đã có thành tích xuất sắc trong phong hoạt động nghiên cứu
khoa học năm học 2019-2020.
- Chứng nhận Sinh viên năm tốt năm học 2017-2018 cấp Trường.
- Chứng nhận Sinh viên năm tốt năm học 2018-2019 cấp Tỉnh.
Nguyên.
- Chứng nhận Sinh viên năm tốt năm học 2018-2019 cấp Đại học Thái
- Chứng nhận Sinh viên năm tốt năm học 2018-2019 cấp Trường.
- Chứng nhận Sinh viên năm tốt năm học 2019-2020 cấp Trường.
21