Hệ thống Web được phát triển trên nền Joomla 3.xx bởi Đinh Quyết Đào tạo ANSYS, Đào tạo Cơ khí, Đào tạo SolidWorks Đinh Văn Quyết Học SolidWorks Monmin đồ chơi an toàn đồ chơi giáo dục Đồ chơi tự kỷ Giáo dục sớm Montessori MONMIN Mấu leo núi Xà đu đa năng Đồ chơi tự kỷ< a href="https://www.monmin.net/">Giáo dục sớm Montessori

Thế hệ động cơ xe điện không gây ồn

Bởi Nir Vaks, Giám đốc Công nghệ và Nyah Zarate, CEO, Continuous Solutions, Portland, US

Động cơ từ trở thay đổi (SRM - Switched Reluctance Motor) là lựa chọn tiềm năng cho thế hệ động cơ xe điện tiếp theo với rất nhiều ưu điểm như chi phí thấp, hiệu quả cao, có khả năng hoạt động trong các môi trường nhiệt độ cao và khắc nghiệt. Tuy nhiên, SRM dễ bị gợn sóng mô-men quay, có thể gây ra tiếng ồn khó chịu trong xe. Continuous Solutions đã sử dụng phần mềm mô phỏng điện từ ANSYS Maxwell để giảm 90% gợn mô-men quay và giảm 50% độ ồn tổng thể trong SRM, sẽ được sử dụng trong điện khí hóa đối với máy móc nông nghiệp, máy móc khai thác mỏ, các ứng dụng dân sự và ứng dụng mang tính chiến thuật.

"Động cơ mới rẻ hơn 20% và hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 50% so với động cơ nam châm vĩnh cửu tương đương."

Khái niệm về động cơ từ trở thay đổi (SRM) đã có từ 180 năm nay, nhưng cho đến gần đây, loại động cơ này mới chỉ được sử dụng ở một số ứng dụng công nghiệp do các mạch điều khiển quá phức tạp. Trong thập kỷ vừa qua, các mạch tích hợp vi điều khiển công suất cao và các chiến lược điều khiển chuyên sâu đã giúp cho SRM trở nên khả thi hơn. Tuy nhiên, thách thức của SRM là việc tạo ra tiếng ồn đáng kể trong quá trình hoạt động. Tiếng ồn này là không thể chấp nhận được trong các ứng dụng như xe khách hạng sang, xe chiến thuật và các máy móc khác trong môi trường khắc nghiệt.

Các kỹ sư của Continuous Solutions đã tận dụng Chương trình ANSYS Startup để giải quyết những thách thức này bằng cách tạo ra các nguyên mẫu ảo của các thiết kế SRM tiềm năng trong phần mềm mô phỏng trường điện từ ANSYS Maxwell. Họ đã mô hình hóa thuật toán điều khiển của mình trong Simplorer, tính năng mô phỏng hệ thống của Maxwell và điều chỉnh thuật toán để loại bỏ gợn mô-men quay, giúp giảm đáng kể tiếng ồn và rung động của động cơ.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA SRM

1.gif - 43.05 kB

Sơ đồ mạch chuyển đổi cầu không đối xứng (trên cùng) và kết quả dạng sóng SRM

SRM hoạt động dựa trên từ thông. Từ trường tương tự như dòng điện và thường di chuyển theo đường ít điện trở hoặc từ thông nhất. Điều này giải thích tại sao các vật liệu từ trở thấp như sắt và thép có xu hướng liên kết với từ trường một cách mạnh mẽ. SRM sử dụng cuộn dây theo pha trên stato và rôto được làm bằng vật liệu có độ từ trở thấp, với các vùng từ trở cao và thấp xen kẽ nhau. Khi cấp nguồn cho các cuộn dây stato, từ trở của rôto tạo ra một lực thẳng hàng với cực rôto - đỉnh từ trở thấp - với cực stato gần nhất. SRM duy trì chuyển động quay bằng cách bật và tắt các cuộn dây stato liên tục để từ trường của stato làm quay rôto.

Rôto có thể được chế tạo từ một khối thép cứng hoặc từ các bản thép mỏng có rãnh để tạo ra các cực từ. Việc loại bỏ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây trên rôto giúp việc sản xuất SRM ít tốn kém hơn đáng kể so với động cơ điện nam châm vĩnh cửu thông thường. Rôto không mang điện, do đó không cần đến bộ chuyển mạch và cuộn lõi như trong động cơ DC, cũng như không có lồng sóc bằng kim loại đúc như trong động cơ cảm ứng. Hơn nữa, việc loại bỏ nam châm vĩnh cửu và cuộn dây rôto cho phép SRM hoạt động ở môi trường có nhiệt độ cao hơn - một thuộc tính có giá trị trong động cơ xe điện.

                     preview                   

           

 Mô hình hình học SRM trong ANSYS Maxwell     

 

                     preview

Từ thông được vẽ bằng ANSYS Maxwell trên một mặt cắt ngang của rôto

 

THÁCH THỨC VỀ GỢN SÓNG MÔ-MEN QUAY

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc thiết kế SRM là độ tự cảm của từng pha tỷ lệ thuận với mức độ liên kết với các cực của rôto. Rung động và tiếng ồn được tạo ra do biến dạng cấu trúc và sóng từ trường gây ra bởi sự tương tác của rotor và stator. Thêm vào đó là sự thay đổi cấp tính tương đối trong độ tự cảm như một hàm số giữa vị trí rôto và điều khiển phi tuyến.

Những tương tác này hay những thay đổi trong mô-men xoắn được gọi là gợn sóng mô-men quay (xoắn). Gợn sóng mô-men xoắn cũng có thể được gây ra bởi các vấn đề cơ học như mất cân bằng trong rotor hoặc stato. Kết quả là các rung động tạo ra tiếng ồn và có thể làm giảm tuổi thọ của động cơ.

Khi thiết kế một động cơ truyền động mới, mục tiêu của Continuous Solutions là tạo ra một động cơ và ổ đĩa tiết kiệm hơn và có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn động cơ nam châm vĩnh cửu thông thường trong khi vẫn đáp ứng các mục tiêu như hiệu quả, mật độ năng lượng và tiếng ồn so với động cơ nam châm vĩnh cửu. Các kỹ sư của Continuous Solutions đã bắt đầu bằng cách sử dụng chương trình tối ưu hóa mạch tương đương từ tính (MEC) đa mục tiêu 3D tùy chỉnh nội bộ để tăng tốc quá trình khám phá không gian thiết kế và xác định thiết kế giàu tiềm năng để nghiên cứu thêm. Chương trình này sử dụng thuật toán di truyền để khám phá các thông số thiết kế khác nhau như chiều cao răng stator, dòng điện kích thích và số cặp cực, đồng thời lặp lại các cải tiến trong mục tiêu thiết kế như hiệu quả cao hơn và khối lượng thấp hơn.

                        preview                           

    Kết quả ANSYS Maxwell cho thấy liên kết từ thông là một hàm số của vị trí rôto ở các tải khác nhau.

  preview

Kết quả ANSYS Maxwell cho thấy mô-men xoắn là một hàm số của vị trí cánh quạt ở các tải khác nhau.

LẬP MÔ HÌNH CHO THIẾT KẾ CỦA ĐỘNG CƠ

Các kỹ sư của Continuous Solutions đã phát triển các mô hình chi tiết về các điểm thiết kế tiềm năng được xác định bởi chương trình tối ưu hóa trong ANSYS Maxwell . Họ đã sử dụng ANSYS RMxprt, một công cụ thiết kế dựa trên mẫu, để nhanh chóng xác định hình dạng động cơ. Thay vì phải vẽ các thành phần của động cơ, họ đã sử dụng các tính năng thiết kế tham số của RMxprt để xác định lõi SRM. Các kỹ sư đã nhập các tham số của lõi: số cực, số lượng và thước đo của cuộn dây. Sau đó, họ tạo ra các thiết bị đầu cuối và chỉ định kích thích cho cuộn dây. Các kỹ sư sau đó nhân đôi cuộn dây dọc theo trục Z của động cơ. Tiếp theo, họ xác định cấu trúc stator bằng cách chỉ định số cực, thêm số cuộn dây và gán các đầu cuối cho cuộn dây. Họ đã xác định được vỏ động cơ.

             preview

           Bộ điều khiển SRM MILSPEC 100kW của Continuous Solutions chạy công nghệ Torque Ripple Mitigation

Sau đó, các kỹ sư đã chuyển hình học 3D cùng với thiết lập chuyển động và cơ học, mất lõi trong thép stato và rôto, cuộn dây và thiết lập nguồn trực tiếp cho Maxwell để phân tích phần tử hữu hạn chi tiết. Maxwell tính toán dữ liệu hiệu suất như mô-men xoắn so với tốc độ, tổn thất điện năng, thông lượng trong khe hở không khí, hệ số công suất và hiệu quả. Maxwell tạo ra một báo cáo mô-men xoắn cho thấy mô-men xoắn chuyển động của động cơ tính bằng newton-mét như là một hàm của góc quay. Để có cái nhìn chẩn đoán chi tiết hơn, họ đã vẽ từ thông trên một mặt cắt ngang của rotor và stator tại các điểm quan trọng trong lịch sử thời gian nơi mô-men xoắn đạt cực đại hoặc chỗ lõm. Những sơ đồ này cho thấy một trong những nguồn gây ồn chính là do stator bị ép về phía rotor bởi các lực hấp dẫn tác động bởi mỗi cặp cực khi stator được cấp năng lượng. Một cách giải quyết vấn đề này là làm cho stator mạnh hơn, nhưng điều này lại làm tăng chi phí và trọng lượng của động cơ.

THIẾT KẾ THUẬT TOÁN KIỂM SOÁT

Thay vì tìm kiếm một giải pháp cơ học, Continuous Solutions đã thiết kế thuật toán điều khiển để đưa dòng điện vào các cuộn dây không hoạt động bình thường vào những thời điểm chính xác để loại bỏ các vectơ lực sai lệch khỏi các cánh hoạt động. Họ đã thiết kế thuật toán điều khiển trong các công cụ phân tích nội bộ của họ và nhúng nó vào một biến tần SRM thông thường có trong Simplorer. Sau đó, họ kết nối biến tần Simplorer với mô hình ANSYS Maxwell của động cơ và điều khiển động cơ bằng thuật toán điều khiển. Ghi chép thời gian mô-men xoắn và sơ đồ từ thông định hướng các kỹ sư của Continuous Solutions trong việc làm phẳng các gợn mô-men xoắn. Ngay khi động cơ chuẩn bị giật sang trái, bộ điều khiển sẽ đưa tín hiệu giật sang phải, loại bỏ chuyển động tự nhiên và loại bỏ sóng gợn mô-men xoắn. Cùng lúc đó, các kỹ sư đã đánh giá thiết kế trong Maxwell nhiều lần để hoàn thiện thiết kế động cơ. Qua quá trình lặp lại, các kỹ sư đồng thời cải tiến cả thiết kế động cơ và thuật toán điều khiển cho đến khi thuật toán điều khiển và động cơ tích hợp đáp ứng tất cả các mục tiêu của họ.

Các kỹ sư của Continuous Solutions đã tiến hành xây dựng và thử nghiệm một nguyên mẫu của thiết kế động cơ mới, và hiệu suất của động cơ này tương thích chặt chẽ với kết quả mô phỏng. Ngoài ra, để sản xuất hàng loạt, Continuous Solutions đã hình thành mối quan hệ đối tác chiến lược với Nidec Motor Corporation để thương mại hóa công nghệ này. Động cơ mới rẻ hơn 20%-50% và hoạt động ở nhiệt độ cao hơn 50% so với động cơ nam châm vĩnh cửu tương đương, trong khi vẫn cung cấp hiệu quả, mật độ năng lượng và hiệu suất tiếng ồn tương đương.

                               preview

 

                     Bản đồ 3D của liên kết từ thông được sản xuất như là một hàm số của tải hiện tại và vị trí cánh quạt

 

                                preview

             Bản đồ 3D của mô-men xoắn được sản xuất như là một hàm số của tải hiện tại và vị trí cánh quạt

 

                    preview

 

                             Bộ điều khiển Torque Ripple Mitigation của Continuous Solutions giúp giảm gợn sóng mô-men xoắn trong SRM

 

 


Nguồn: www.ansys.com

Lược dịch:  - Trần Thị Huyền Trang - Thực tập sinh tại Advantech,Jsc.

Làm ơn ghi rõ "Nguồn Advantech, Jsc." hoặc "Theo www.advantech.vn" nếu bạn muốn phổ biến thông tin này
Các Giải Pháp
  • Prev
Giải pháp tính toán độ ồn sinh ra trong các thiết bị
Giải pháp mô phỏng khí động đàn hồi cầu treo dây võng
Mô phỏng đáp ứng điều hòa của kết cấu (Harmonic Response)
Mô phỏng các đặc trưng rung động tự nhiên của kết cấu
Mô phỏng dòng chảy nhiều pha 3D trong quá trình xối rửa có vật giả của bồn cầu vệ sinh kiểu siphon

TUYỂN DỤNG

LIÊN HỆ

VĂN PHÒNG GIAO DỊCH:
C2 lô 20, KĐTM Định Công, Quận Hoàng Mai, Hà Nội
Tel: (84-24)39 727 464 Fax: (84-24)39 727 464
Email: info@advantech.vn

HỖ TRỢ KỸ THUẬT:
Email: support@advantech.vn

Họ tên
E-Mail