Thiết lập mô hình tham số trong nghiên cứu phát triển máy phát điện đồng bộ không kích thích từ phụ trợ

Công nghiệp - Năng lượng
09/11/2022 15:51
Các máy điện động là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ - điện và điện - cơ điển hình, luôn được quan tâm hoàn thiện theo các hướng: ngày càng nâng cao hiệu suất; tối ưu hóa hệ thống từ trường và các cụm - chi tiết cơ khí; ứng dụng vật liệu mới trong chế tạo chúng. Bài báo giới thiệu việc thiết lập mô hình tham số trong nghiên cứu phát triển máy phát điện đồng bộ không kích thích từ phụ trợ.
aa

Các máy điện động là thiết bị chuyển đổi năng lượng cơ – điện và điện – cơ điển hình, luôn được quan tâm hoàn thiện theo các hướng: ngày càng nâng cao hiệu suất; tối ưu hóa hệ thống từ trường và các cụm – chi tiết cơ khí; ứng dụng vật liệu mới trong chế tạo chúng. Các đặc điểm đặc biệt này cho sự phát triển máy điện động được tính đến khi thiết lập các mô hình tham số COMSOL Multiphysics.

Biết rằng, công suất của máy phát điện, ngoài phụ thuộc vào nguồn động lực dẫn động rotor thì trong một dải nào đó của sự thay đổi nguồn động lực dẫn động, nếu có sự thay đổi phù hợp tham số của bản thân máy phát sẽ duy trì được công suất (đảm bảo tính ổn định cung cấp năng lượng điện) phát điện của máy phát.

Xét một thí dụ điển hình là máy phát điện chạy bằng turbin gió có công suất danh định là 500kW như là một nguyên mẫu cho cách tiếp cận này.

Bằng cách thay đổi các tham số chính của máy phát điện, gồm: kích thước và số lượng cực từ của rotor và stator. Việc tối ưu hóa hệ thống từ được thực hiện để thu được công suất đầu ra là 500kW với sự tối thiểu cần có của các đặc tính kỹ thuật chính. Công suất mong muốn duy trì (khi nguồn động lực dẫn động – turbin gió, thay đổi trong một dải nào đó) đạt được bằng cách thay đổi cách kết nối các cuộn dây với nhau. Cách kết nối mới được trình bày như hình 1.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 1. Sơ đồ kết nối các cuộn dây của máy phát điện 3 pha.

Trên hình 2 trình bày mật độ dòng điện trong cuộn dây tương ứng với mô hình được tối ưu hóa.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 2. Mật độ dòng điện.

Các kết quả thực hiện sự tối ưu hóa được trình bày trong Bảng 1.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Bảng 1. Các tham số máy phát điện sau tối ưu hóa.

Kết quả tính toán hệ thống từ tối ưu hóa được trình bày trên hình 3 và hình 4.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 3. Mô hình cảm ứng từ so với góc quay của rotor.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 4. Mô phỏng sự từ hóa ( A/m) theo góc quay α (rad) của rotor.

Máy phát điện được xem xét phát triển là loại máy điện đồng bộ không có kích thích từ phụ trợ. Cấu trúc của nó, gồm: 5 cặp nam châm vĩnh cửu được đặt trên rotor; 46 cặp cực trên stator; và 51 phân đoạn thép được đặt trong bộ điều chế. Hướng từ hóa của máy phát điện đồng bộ này là hướng tâm.

Dựa trên kết quả mô hình hóa tham số, thực hiện phát triển mô hình hai chiều (hình 5) và ba chiều (hình 6) của máy phát điện này trong môi trường “Kompact 3D”.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 5. Mô hình 2D của máy phát điện đồng bộ được nghiên cứu chế tạo để thay đổi tham sô kỹ thuật.

thiet lap mo hi nh tham so trong nghien cuu phat trie n may phat dien do ng bo khong kich thich tu phu tro
Hình 6. Mô hình 3D của máy phát điện đồng bộ được nghiên cứu chế tạo để thay đổi tham sô kỹ thuật.

Đánh giá thiết kế, chế tạo máy phát điện đồng bộ này có thay đổi tham số kỹ thuật chính tương thích với dải thay đổi công suất nguồn động lực dẫn động nhằm duy trì sự ổn định công suất phát điện. Nhận thấy rằng, hầu hết các chỉ số kỹ thuật chính đều đạt yêu cầu. Duy nhất bộ điều chế là bộ phận có chế độ làm việc phi tiêu chuẩn, điều này cần phải thiết kế chế tạo riêng cho từng máy phát điện. Tuy nhiên, để thực hiện cũng không cần thiết bị – linh kiện chuyên dụng nào và thực hiện không khó.

Máy phát điện đồng bộ này gồm có 4 cụm ổ đỡ trục để giữ các rotor tại vùng tâm của máy phát điện sao cho chúng không chạm vào nhau khi quay. Mẫu máy phát điện này là đủ để phát triển máy phát điện với công suất nhất định.

Tài liệu tham khảo

  • Atallah K., Calverley S., Clark R., Rens J., Howe D. A new PM machine topology for low-speed, high-torque drives // Proc.— Int. Conf. Electr. Mach., ICEM. 2008.
  • Frandsen, T.V., Mathe, L., Berg, N.I., Holm, R.K., Matzen, T.N., Rasmussen, P.O., Jensen, K. K. Motor Integrated Permanent Magnet Gear in a Battery Electrical Vehicle // IEEE Trans Ind Appl. 2015.

    Nguyễn Tiến Dũng (BMSTU; VAA)
    Email: tiendung.bmstu@bk.ru

tan-hoang-minh
Tin bài khác
US Sugar triển khai đội máy kéo tự lái quy mô lớn trên 255.000 mẫu đất

US Sugar triển khai đội máy kéo tự lái quy mô lớn trên 255.000 mẫu đất

U.S. Sugar, Autonomous Solutions, Inc. (ASI) và Everglades Equipment Group vừa triển khai đội máy kéo tự hành thương mại quy mô lớn tại Mỹ, với 5 máy kéo John Deere được trang bị hệ thống điều hành tự động Mobius®, hoạt động liên tục 24/7 trên vùng canh tác mía rộng khoảng 255.000 mẫu Anh tại Nam Florida.
Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trường THPT Nguyễn Gia Thiều 77 năm miệt mài nuôi dưỡng tài năng cho đất nước

Trong không khí rộn ràng khai trường của ngày 5/9, thầy và trò Trường THPT Nguyễn Gia Thiều trang trọng tổ chức Lễ Khai giảng năm học 2026-2027, chuẩn bị sẵn sàng tinh thần, trí tuệ bước vào một năm học mới, ghi dấu trên hành trình mới của mái trường 77 năm truyền thống.
Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Nhiều ông lớn bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính

Trong bối cảnh lãi suất tăng cao, nhiều ông lớn đầu ngành bất động sản nhà ở tiếp tục gia tăng đòn bẩy tài chính nhằm đẩy mạnh đầu tư, hướng đến đón đầu làn sóng mới của thị trường.
Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ: Tiếp tục đầu tư đổi mới công nghệ trong giáo dục toàn diện

Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ: Tiếp tục đầu tư đổi mới công nghệ trong giáo dục toàn diện

Sáng ngày 5/9, hòa chung không khí khai giảng tưng bừng trên cả nước, Trường Liên cấp Đa Trí Tuệ (MIS) trang trọng tổ chức lễ khai giảng, truyền tải nhiều thông điệp đổi mới giáo dục toàn diện và trường học hạnh phúc nhân ngày đầu năm học mới.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/9/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tý nên thận trọng quyết định

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 6/9/2026: Tuổi Hợi vận trình khởi sắc, tuổi Tý nên thận trọng quyết định

Những bí ẩn của khoa học đời sống là "món ăn" tinh thần không thể thiếu trong cuộc sống của con người. Tử vi vòng quay công nghệ xem tử vi 12 con giáp ngày 6/9/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
AI “ngốn” điện như thế nào trong sinh hoạt đời thường, điều có thể bạn chưa biết?

AI “ngốn” điện như thế nào trong sinh hoạt đời thường, điều có thể bạn chưa biết?

Một cú click trên điện thoại gần như không để lại dấu vết về điện năng, nhưng phía sau đó có thể là cả hệ thống máy chủ, GPU và làm mát đang hoạt động để trả lời một yêu cầu AI. Vậy làm thế nào dùng đúng, dùng đủ để mỗi kWh điện tạo ra nhiều giá trị hơn?
Trường Tiểu học và THCS Tiên Dương: Khí thế mới cho hành trình gieo tri thức

Trường Tiểu học và THCS Tiên Dương: Khí thế mới cho hành trình gieo tri thức

Sáng 5/9, hòa chung không khí ngày hội khai trường trên cả nước, thầy và trò Trường Tiểu học và Trung học cơ sở Tiên Dương, xã Phúc Thịnh, Hà Nội tưng bừng tổ chức Lễ khai giảng năm học 2026-2027. Tiếng trống khai trường vang lên mở đầu một năm học mới với niềm tin, khí thế và nhiều kỳ vọng.
Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Thủ tướng Lê Minh Hưng: Giáo dục phải đi trước để kiến tạo tương lai đất nước

Sáng 5/9, tại tỉnh Lào Cai, Thủ tướng Chính phủ Lê Minh Hưng dự và phát biểu tại lễ khai giảng năm học 2026-2027 và khánh thành các trường phổ thông nội trú liên cấp tại các xã biên giới đất liền.
Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm gửi ngành giáo dục nhân dịp Khai giảng năm học mới 2026-2027

Nhân dịp khai giảng năm học 2026-2027, Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm đã gửi thư tới ngành giáo dục. Tạp chí Tự động hóa Ngày nay trân trọng giới thiệu toàn văn Thư của Tổng Bí thư, Chủ tịch nước Tô Lâm.
Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Trường THCS Trần Duy Hưng: Đổi mới để học sinh làm chủ tương lai

Sáng 5/9, Trường THCS Trần Duy Hưng, phường Yên Hòa, Hà Nội tổ chức lễ khai giảng năm học 2026-2027 trong không khí trang trọng, phấn khởi. Đồng chí Trần Đức Thắng, Ủy viên Bộ Chính trị, Bí thư Thành ủy Hà Nội dự và chung vui cùng thầy, trò nhà trường.