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
SHS sắp chi gần 450 tỷ đồng trả cổ tức tiền mặt tỷ lệ 5%, dự kiến phát hành gần 45 triệu cổ phiếu

SHS sắp chi gần 450 tỷ đồng trả cổ tức tiền mặt tỷ lệ 5%, dự kiến phát hành gần 45 triệu cổ phiếu

SHS sẽ chốt danh sách cổ đông ngày 9/10 để trả cổ tức năm 2025 bằng tiền với tỷ lệ 5%, tương ứng gần 450 tỷ đồng. Công ty đồng thời đang triển khai phương án phát hành gần 45 triệu cổ phiếu để tăng vốn từ nguồn vốn chủ sở hữu.
SCADA chạy tốt mỗi ngày nhưng dữ liệu biến mất sau vài tuần: Vì sao nhà máy cần thêm lớp Historian

SCADA chạy tốt mỗi ngày nhưng dữ liệu biến mất sau vài tuần: Vì sao nhà máy cần thêm lớp Historian

Khi một sự cố chất lượng xảy ra, việc đầu tiên đội kỹ thuật cần làm thường là tra lại dữ liệu vận hành (nhiệt độ, áp suất, tốc độ máy) tại đúng thời điểm xảy ra sự cố để tìm nguyên nhân.
Chọn ống dây dẫn định tuyến nào là tối ưu cho tủ điều khiển?

Chọn ống dây dẫn định tuyến nào là tối ưu cho tủ điều khiển?

Trong tủ điều khiển, rất nhiều dây phải đi từ PLC đến các module I/O; từ nguồn 24 VDC đến cảm biến, van, relay; từ thiết bị đóng cắt, biến tần/servo đến động cơ hay từ terminal đến thiết bị bên ngoài tủ.
TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

TP.Hồ Chí Minh đặt nền móng cho hệ sinh thái kinh tế tầm thấp

Kinh tế tầm thấp đang mở ra một không gian phát triển mới, nơi UAV, robot, xe tự hành và các nền tảng quản lý trên không có thể trở thành hạ tầng của nhiều ngành kinh tế.
Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Việt Nam - Nhật Bản tạo ra “Cộng hưởng số”

Hơn 250 lãnh đạo doanh nghiệp công nghệ hai nước đã quy tụ tại Tokyo để tìm kiếm các mô hình hợp tác mới, trong đó AI, công nghệ chuyên sâu và hiện đại hóa hệ thống lõi được xác định là những lĩnh vực mở ra dư địa hợp tác lớn.
Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Vinamilk khơi gợi góc nhìn sáng tạo về môi trường từ thế hệ trẻ

Từ ngày 1/10 đến 15/12/2026, học sinh tiểu học và THCS trên toàn quốc có thể tham gia cuộc thi “Chúng em làm phóng viên nhỏ năm 2026” do Vinamilk phối hợp cùng Báo Thiếu niên Tiền phong và Nhi đồng tổ chức. Thông qua các video ngắn về chủ đề môi trường, các em có cơ hội thể hiện sự sáng tạo, chia sẻ góc nhìn của mình và lan tỏa những hành động tích cực vì cộng đồng.
Thị trường chứng khoán ngày 2/10: PNJ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, VN Index vẫn lùi về dưới mốc 1.740 điểm

Thị trường chứng khoán ngày 2/10: PNJ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, VN Index vẫn lùi về dưới mốc 1.740 điểm

VN Index tiếp tục trượt về vùng 1.730–1.740 điểm khi sắc đỏ phủ kín nhiều nhóm ngành. Khối ngoại bán ròng gần 3,4 nghìn tỷ đồng, riêng PNJ bị “xả” gần 1,3 nghìn tỷ nhưng bất ngờ khớp hơn 76 triệu cổ phiếu, tạo nên điểm nóng lớn nhất của phiên.
TPBank huy động hơn 9.000 tỷ đồng qua kênh trái phiếu với lãi suất gần 10%/năm

TPBank huy động hơn 9.000 tỷ đồng qua kênh trái phiếu với lãi suất gần 10%/năm

Từ tháng 6/2026 đến nay, TPBank đã hoàn tất phát hành tổng cộng 15 lô trái phiếu, huy động hơn 9.000 tỷ đồng với lãi suất lên đến 9,7%/năm có kỳ hạn từ 3 năm đến 10 năm.
Bảy mươi năm Bách khoa - Những hành trình trở về

Bảy mươi năm Bách khoa - Những hành trình trở về

Hướng tới kỷ niệm 70 năm thành lập Đại học Bách khoa Hà Nội (1956-2026), chương trình “Gặp gỡ doanh nhân, cựu sinh viên Bách khoa tiêu biểu 2026” diễn ra ngày 29/9 tại Tòa nhà Cựu sinh viên, trong khuôn khổ chuỗi sự kiện “Bách khoa Ngày trở về 2026”.
Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may, tuổi Tý nên giữ vững sự bình tĩnh

Tử vi vòng quay công nghệ ngày 3/10/2026: Tuổi Thìn đón vận may, tuổi Tý nên giữ vững sự bình tĩnh

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 3/10/2026 cho tất cả các tuổi nhằm dự đoán vận hạn về công danh, tiền bạc, tình duyên và sức khỏe.
master