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

vcca2026
Tin bài khác
Gần 60% vụ vi phạm bảo mật trong hệ thống sản xuất được xếp ở mức nghiêm trọng

Gần 60% vụ vi phạm bảo mật trong hệ thống sản xuất được xếp ở mức nghiêm trọng

Theo các báo cáo gần đây, tấn công mạng nhằm xâm phạm dữ liệu của hạ tầng trọng yếu đã lọt vào top 10 mục tiêu bị nhắm đến nhiều nhất. Đáng chú ý, các hệ thống điều khiển sản xuất cũ cùng với sự thiếu hụt nhân lực chuyên môn đang khiến việc triển khai các biện pháp bảo mật gặp nhiều khó khăn.
Hạ tầng đo lường thông minh là chìa khóa tối ưu của kỷ nguyên AI và HPC

Hạ tầng đo lường thông minh là chìa khóa tối ưu của kỷ nguyên AI và HPC

Sự bùng nổ của trí tuệ nhân tạo và điện toán hiệu năng cao đang tái định hình yêu cầu kỹ thuật đối với các trung tâm dữ liệu toàn cầu. Từ những phòng máy nhỏ trong doanh nghiệp, trung tâm dữ liệu đã phát triển thành các tổ hợp hạ tầng quy mô lớn, vận hành liên tục 24/7 và đóng vai trò cốt lõi trong nền kinh tế số. Trong bối cảnh đó, hệ thống làm mát không còn là thành phần phụ trợ mà trở thành nền tảng quyết định hiệu suất và độ tin cậy vận hành.
Huawei tung AI Glasses: Chip tự phát triển, hỗ trợ thanh toán bằng ánh nhìn

Huawei tung AI Glasses: Chip tự phát triển, hỗ trợ thanh toán bằng ánh nhìn

Tại sự kiện ra mắt dòng Pura series, Huawei giới thiệu mẫu AI Glasses với thiết kế siêu nhẹ, bản lề titan và chip xử lý “cây nhà lá vườn”. Thiết bị tích hợp trợ lý ảo, hỗ trợ thanh toán nhanh và loạt tính năng thông minh, hướng đến trải nghiệm công nghệ đeo hàng ngày.
LPBank: Lãi quý I điều chỉnh, nợ xấu duy trì vùng an toàn dưới 1,5%

LPBank: Lãi quý I điều chỉnh, nợ xấu duy trì vùng an toàn dưới 1,5%

Lợi nhuận trước thuế quý I/2026 của LPBank đạt hơn 2.826 tỷ đồng, giảm 11% so với cùng kỳ. Điều bất ngờ là tỷ lệ nợ xấu của ngân hàng này cũng được cải thiện, duy trì dưới 1,5%.
Thị trường chứng khoán ngày 23/04: VN Index tiến sát 1.900 điểm, thị trường tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường chứng khoán ngày 23/04: VN Index tiến sát 1.900 điểm, thị trường tiếp tục “xanh vỏ đỏ lòng”

Thị trường tiếp tục ghi nhận thêm một phiên tăng của VN Index, nhưng bức tranh bên trong thị trường lại không thật sự đồng thuận. Chỉ số đi lên chủ yếu nhờ lực kéo từ nhóm trụ, đặc biệt là VIC và một số mã ngân hàng quốc doanh, trong khi phần lớn mã còn lại vẫn chìm trong sắc đỏ.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/4/2026: Tuổi Sửu nhiều tin vui, tuổi Thân cẩn thận phá tài

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 24/4/2026: Tuổi Sửu nhiều tin vui, tuổi Thân cẩn thận phá tài

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 24/4/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên, sức khỏe...
Máy quét laser 4D+: Bước tiến mới cho tự động hóa công nghiệp

Máy quét laser 4D+: Bước tiến mới cho tự động hóa công nghiệp

Một bước tiến đáng chú ý trong lĩnh vực thị giác máy và tự động hóa vừa được công bố bởi SiLC Technologies, khi hãng này ra mắt máy quét laser dạng đường thẳng Eyeonic Trace Ultra với độ chính xác lên tới 100 micron ở khoảng cách tối đa 5 mét. Đây là mức độ chính xác tương đương độ dày của một sợi tóc người, mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng kiểm tra và đo lường công nghiệp yêu cầu độ chính xác cao.
Siemens ra mắt tác nhân AI công nghiệp tự động hóa kỹ thuật tại Hannover Messe

Siemens ra mắt tác nhân AI công nghiệp tự động hóa kỹ thuật tại Hannover Messe

Siemens vừa giới thiệu hệ thống AI công nghiệp mới mang tên Eigen Engineering Agent, có khả năng lập kế hoạch và triển khai các nhiệm vụ kỹ thuật tự động hóa trong môi trường công nghiệp.
Kiến trúc xanh: Từ khoa học công trình đến thực tế hành nghề

Kiến trúc xanh: Từ khoa học công trình đến thực tế hành nghề

Ngày nay, việc đưa các yếu tố tự nhiên vào trong đời sống con người ngày càng phổ biến. Vì vậy, xu hướng “kiến trúc xanh” ra đời. Xu hướng này được áp dụng trong các thiết kế kiến trúc nhằm kết nối con người, hướng hoạt động sống và làm việc hàng ngày gần gũi hơn với thiên nhiên.
Viettel Post bắt tay FedEx, tăng tốc logistics xuyên biên giới

Viettel Post bắt tay FedEx, tăng tốc logistics xuyên biên giới

Ngày 22/4/2026 tại Hà Nội, Viettel Post và FedEx công bố thiết lập quan hệ hợp tác chiến lược tại Việt Nam. Thỏa thuận được kỳ vọng nâng cao năng lực logistics xuyên biên giới, tối ưu vận hành và mở rộng cơ hội cho doanh nghiệp Việt tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng toàn cầu.
vn-web
song-gia-tri