DESIGN AND CONSTRUCTION OF A PERMAN

DESIGN AND CONSTRUCTION OF A PERMANENT MAGNET
SYNCHRONOUS MOTOR
MISS SISUDA CHAITHONGSUK
A THESIS SUBMITTED INPARTIAL FULFILLMENT OF THE REQUIREMENTS
FOR THE MASTER OF ENGINEERING IN ELECTRICAL ENGINEERING
DEPARTMENT OF ELECTRICAL ENGINEERING
GRADUATE COLLEGE
KING MONGKUT’S INSTITUTE OF TECHNOLOGY NORTH BANGKOK
ACADEMIC YEAR 2006
ISBN 974-190-887-3
COPYRIGHT OF KING MONGKUT’S INSTITUTE OF TECHNOLOGY NORTH BANGKOK
ii
Name : Miss Sisuda Chaithongsuk
Thesis Title : Design and Construction of a Permanent Magnet Synchronous
Motor
Major Field : Electrical Engineering
King Mongkut’s Institute of Technology North Bangkok
Thesis Advisors : Associate Professor Dr.Suksun Nungam
Assistant Professor Panarit Sethakul
Academic Year : 2006
Abstract
Permanent Magnet Synchronous Motors(PMSMs) have been widely used in
many industrial applications. This thesis presents the design and construction of a
permanent magnet synchronous motor. The permanent magnet rotor was constructed
based on the stator frame of a three-phase induction motor. The design is performed
in order to achieve a sinusoidal back EMF without changing the stator geometry and
winding. Each pole of the rotor is fixed with several magnet blocks. The main
difficulty is to choose the appropriate elementary magnet block span. Therefore, the
optimum value of magnet span is chosen to minimize the THD of back EMF. Torque
and cogging torque are considered in the design. The finite element method is used in
the design calculation. The experimental results are compared with the calculation
results.
(Total 68 pages)
Keywords : Magnet span, Permanent magnet synchronous motor and Cogging torque
______________________________________________________________ Advisor
iii
ชื่อ : นางสาวศรีสุดา ไชยทองสุก
ชื่อวิทยานิพนธ์ : การออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวร
สาขาวิชา : วิศวกรรมไฟฟ้า
สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ
ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ : รองศาสตราจารย์ ดร.สุขสันติ์ นุ่นงาม
ผู้ช่วยศาสตราจารย์ พนาฤทธิ์ เศรษฐกุล
ปีการศึกษา : 2549
บทคัดย่อ
ปัจจุบันมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรมีการประยุกต์และใช้งานกันอย่างแพร่หลาย
ในภาคอุตสาหกรรม งานวิจัยนี้ได้นำเสนอถึงการออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิด
แม่เหล็กถาวร โดยการใช้โครงสร้างในส่วนของสเตเตอร์ที่มีอยู่เดิมของมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส
และจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะรูปร่างของสเตเตอร์และขดลวดตัวนำ ซึ่งการออกแบบนี้
เพื่อที่จะทำให้ได้แรงดัน Back-emf มีลักษณะเป็นรูปคลื่นไซน์ โดยในแต่ละขั้วจะมีแม่เหล็กถาวร
หลายๆแท่งติดอยู่บนตัวโรเตอร์ สิ่งที่ยากที่สุดในการออกแบบคือ การเลือกขนาดมุมของแม่เหล็กที่
เหมาะสม เพราะฉะนั้นค่าของมุมที่เหมาะสมจะทำให้ได้ผลรวมความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกส์
(THD)ที่แรงดัน Back-emf มีค่าต่ำ ในขณะที่แรงบิด(Torque) และค่า Cogging torque ก็ถูก
นำมาใช้ในการออกแบบด้วย โดยการคำนวณจะใช้วิธีการของ Finite Element Magnetic
Method : FEMM และผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองจริงได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับการออกแบบที่
ได้จากการคำนวณ
(วิทยานิพนธ์มีจำนวนทั้งสิ้น 68 หน้า)
คำสำคัญ : Magnet span, Permanent magnet synchronous motor และ Cogging torque
_______________________________________________________อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์
iv
ACKNOWLEDGEMENTS
First of all, I am gratified with the kindness of Dr.Noureddine Takorabet for his
guidance and I would like to express in French “Les remerciements les plus sincères
sont dédiés à Professeur Dr.Noureddine Takorabet pour son attention et sa
détermination de me transférer son savoir-faire ce qui ne m'était pas évident. Pourtant
il est finalement la force motrice de cette réussite. Je vais appliquer tout son savoirfaire
transféré et prendre professeur comme exemplaire pour mon travail dans la
future ainsi que pour mon pays si l'occasion me présente”.
Next, I am grateful to Associate Professor Dr.Suksun Nungam who always
support and suggest me in everything and also especially, Assistant Professor Panarit
Sethakul, Director of Thai-French Innovation Centre, who gives me the great
occasion in my life to learn the others technologies including the subsistence of the
human. At last, I would like to thank all staffs of TFIC for their assistance.
Special thanks to my family and friends for the cares and supports me.
Sisuda Chaithongsuk
v
TABLE OF CONTENTS
Page
Abstract (in English) ii
Abstract (in Thai) iii
Acknowledgements iv
List of Tables vi
List of Figures vii
List of Abbreviations and Symbols ix
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Motivation 1
1.2 Thesis objectives 1
1.3 Thesis boundaries 2
1.4 Thesis procedure 2
1.5 Expected benefits 2
Chapter 2 Basic in electromagnetic and numerical methods 3
2.1 Biot-Savart’s law 3
2.2 Ampere’s circuital law 4
2.3 Maxwell’s equations 5
2.4 Numerical methods for elliptic PDE’s resolution 11
2.5 Chapter summary 16
Chapter 3 Designing and construct the PM machine 17
3.1 The parameters of PMSM 17
3.2 Magnetic materials 17
3.3 Computation of the PMSM 27
3.4 Rotor design 43
3.5 Chapter summary 48
Chapter 4 Calculation and the experimental results 49
4.1 The calculation results 49
4.2 The experimental results 56
4.3 Chapter summary 62
Chapter 5 Conclusion and Recommendation 63
References 64
Appendix A 65
Biography 68
vi
LIST OF TABLES
Table Page
3-1 Specification and Geometry of the motor 17
3-2 Magnetic properties of SmCo magnets (Samarium Cobolt) 24
4-1 The EMF values in each harmonic per phase 51
4-2 The EMF values in each harmonic at line to line 52
4-3 The EMF values in each harmonic that read from the spectrum 57
4-4 The EMF values in each harmonic per phase and line to line 58
vii
LIST OF FIGURES
Figure Page
2-1 Illustration of the law of Biot-Savart showing magnetic field arising
from a differential segment of current 4
2-2 Amperian path around an infinite length of current 5
2-3 Triangular element 13
3-1 Principal hysteresis curve of permanent magnet material 18
3-2 The advances of permanent magnet materials 18
3-3 B-H curve of magnet 19
3-4 B-H curve of iron 19
3-5 Demagnetization curves of an uniaxially pressed high temperature
NdFeB 21
3-6 Production process of sintered, anisotropic NdFeB magnets 22
3-7 SmCo magnets (Samarium Cobalt) 23
3-8 Demagnetization curves of SmCo magnet 25
3-9 Basic cross sections of surface magnet rotors (4 poles) 26
3-10 Magnet flux density distribution in the air-gap 28
3-11 Winding geometry and position for a single coil 28
3-12 Winding geometry and position for a distributed winding 29
3-13 Example of windings 30
3-14 The machine structures 31
3-15 Show the copper wire per turn 32
3-16 The picture of stator 34
3-17 Loop of current 35
3-18 Pair of coils used to illustrate mutual inductance 36
3-19 Showing phase (a) per one pole 37
3-20 The winding of phase a 38
3-21 Showing of two slots 38
3-22 The feature of air-gap and permanent magnet thickness of the rotor 39
3-23 Magnet span of the rotor 40
3-24 The feature to design the permanent magnet 40
3-25 Piece of the permanent magnet 41
3-26 Dimension of the permanent magnet per one piece 42
3-27 Typical of the rotor 43
3-28 Tile-shape permanent magnet rotor 44
3-29 Square-shape permanent magnet rotor 44
3-30 The dimension of the rotor using Auto CAD software 45
3-31 The iron core rotor 46
3-32 The magnet on the iron core rotor 46
3-33 The magnet on the rotor 46
3-34 Gluing the magnet on the rotor 47
3-35 Put the rotor with the magnet into the furnace 47
3-36 The iron core rotor with the permanent magnets 48
3-37 Assembly of the motor 48
4-1 The flux lines 49
viii
LIST OF FIGURES (CONTINUED)
Figure Page
4-2 The flux density 49
4-3 A view of mesh at no load 50
4-4 EMF-Percentage in each harmonic 50
4-5 THD and the modified THD for different value of magnet pole span 51
4-6 Spectrum in each harmonic per phase 51
4-7 Spectrum in each harmonic at line to line 52
4-8 The flux per phase 52
4-9 The current per phase 53
4-10 The back-emf per phase 53
4-11 The back-emf per phase and line to line 54
4-12 Torque of the motor at the current of 1.5A 54
4-13 The cogging torque 55
4-14 The case of the rotor magnet are skewed on 3 blocks 55
4-15 Two waveforms of the cogging torque 56
4-16 The cogging torque in case of the rotor is skewed in two axial pieces 56
4-17 The spectrum of EMF 57
4-18 The EMF wave form in each phase 57
4-19 The EMF wave form in each line to line 58
4-20 Load tested at 2.5 N.m. 58
4-21 Load tested at 3 N.m. 59
4-22 Load tested at 3.5 N.m. 59
4-23 Load tested at 4 N.m. 59
4-24 Load tested at 4.5 N.m. 60
4-25 Load tested at 5 N.m. 60
4-26 EMF as a function of speed 61
4-27 The relationship between the current and torque 61
4-28 The test bench 62
ix
LIST OF ABBREVIATIONS AND SYMBOLS
A Area [m2]
a Thickness magnet [mm]
B Magnetic flux density [T]
(1)
ˆg B Fundamental total flux density amplitude in air-gap [T]
mg B Flux density in air-gap over magnet [T]
(1)
ˆmg B Fundamental magnet flux density amplitude in air-gap [T]
r B Remanence flux density [T]
e Air-gap [mm]
H Magnetic field strength [A/m]
c H Coercive force [A/m]
I Current [A]
J Current density [A/m2]
L Inductance [H]
M Mutual inductance [H]
N Number of turn [turns]
p Number of pole
q Number of

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ออกแบบและสร้างแม่เหล็กถาวรมอเตอร์นางสาว SISUDA CHAITHONGSUKวิทยานิพนธ์ส่ง INPARTIAL ตอบสนองความต้องการสำหรับปริญญาโทวิศวกรรมศาสตร์วิศวกรรมไฟฟ้าภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าบัณฑิตวิทยาลัยสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือปีการศึกษา 2006ISBN 974-190-887-3ลิขสิทธิ์ของสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือiiชื่อ: นางสาว Sisuda Chaithongsukชื่อเรื่องวิทยานิพนธ์: การออกแบบและก่อสร้างเป็นแบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรมอเตอร์ฟิลด์หลัก: วิศวกรรมไฟฟ้าสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์: รองศาสตราจารย์ Dr.Suksun Nungamผู้ช่วยศาสตราจารย์ Panarit Sethakulปีการศึกษา: 2006บทคัดย่อMotors(PMSMs) แบบซิงโครนัสแม่เหล็กถาวรได้ถูกใช้ในประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมหลาย วิทยานิพนธ์นี้นำเสนอการออกแบบและก่อสร้างเป็นมอเตอร์แม่เหล็กถาวร มีสร้างใบพัดแม่เหล็กถาวรตามกรอบ stator ของมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟส ดำเนินการออกแบบเพื่อกลับ sinusoidal EMF โดยไม่ต้องเปลี่ยนสเตเรขาคณิต และขดลวด ได้รับการแก้ไขแต่ละขั้วของใบพัดที่ มีหลายบล็อคแม่เหล็ก หลักความยากลำบากคือการ เลือกช่วงบล็อกแม่เหล็กระดับประถมศึกษาที่เหมาะสม ดังนั้น การค่าสูงสุดของช่วงแม่เหล็กเพื่อลดการคิดหลัง EMF แรงบิดและ cogging แรงบิดจะพิจารณาในการออกแบบ ใช้วิธีการไฟไนต์ในการคำนวณออกแบบ ผลการทดลองได้เปรียบเทียบกับการคำนวณผลลัพธ์ที่(รวม 68 หน้า)คำสำคัญ: แม่เหล็กครอบคลุม มอเตอร์แม่เหล็กถาวรและแรงบิด Cogging______________________________________________________________ Advisoriiiชื่อ: นางสาวศรีสุดาไชยทองสุกชื่อวิทยานิพนธ์: การออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรสาขาวิชา: วิศวกรรมไฟฟ้าสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์: รองศาสตราจารย์ดร.สุขสันติ์นุ่นงามผู้ช่วยศาสตราจารย์พนาฤทธิ์เศรษฐกุลปีการศึกษา: ๒๕๔๙บทคัดย่อปัจจุบันมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรมีการประยุกต์และใช้งานกันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมงานวิจัยนี้ได้นำเสนอถึงการออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรโดยการใช้โครงสร้างในส่วนของสเตเตอร์ที่มีอยู่เดิมของมอเตอร์เหนี่ยวนำ 3 เฟสและจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะรูปร่างของสเตเตอร์และขดลวดตัวนำซึ่งการออกแบบนี้โดยในแต่ละขั้วจะมีแม่เหล็กถาวรเพื่อที่จะทำให้ได้แรงดันมีลักษณะเป็นรูปคลื่นไซน์ Back emfหลายๆแท่งติดอยู่บนตัวโรเตอร์สิ่งที่ยากที่สุดในการออกแบบคือการเลือกขนาดมุมของแม่เหล็กที่เหมาะสมเพราะฉะนั้นค่าของมุมที่เหมาะสมจะทำให้ได้ผลรวมความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกส์(คิด) ที่แรงดัน Back emf มีค่าต่ำ ในขณะที่แรงบิด(Torque) และค่า Cogging แรงบิดก็ถูกนำมาใช้ในการออกแบบด้วยโดยการคำนวณจะใช้วิธีการของไนต์แม่เหล็กวิธีการ: FEMM และผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองจริงได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับการออกแบบที่ได้จากการคำนวณ(วิทยานิพนธ์มีจำนวนทั้งสิ้น 68 หน้า)คำสำคัญ: ช่วงแม่เหล็ก แม่เหล็กถาวรมอเตอร์และ Cogging แรงบิด___อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ivถาม-ตอบครั้งแรกของทั้งหมด ฉันละเล่นพื้นบ้าน ด้วยความของ Dr.Noureddine Takorabet สำหรับเขาคำแนะนำและต้องการแสดงในฝรั่งเศส "เลส์เลส์ remerciements บวก sincèresà dédiés sont Professeur Dr.Noureddine Takorabet เทความสนใจสนร้อยเอ็ด saเดอ détermination ฉัน transférer สน savoir-faire ce qui มุ m'était pas évident Pourtantil est finalement ลาบังคับ motrice เด cette réussite Je vais appliquer tout savoirfaire สนtransféré et prendre professeur comme exemplaire เทจันทร์ครรภ์ dans laเท que ในอนาคต ainsi จันทร์จ่ายศรี l'occasion ฉัน présente "ถัดไป ข้าพเจ้าขอบคุณศาสตราจารย์ Dr.Suksun Nungam คนเสมอสนับสนุน และแนะนำฉัน ในทุกสิ่งทุกอย่าง และยังโดยเฉพาะ อย่างยิ่ง Panarit ผู้ช่วยศาสตราจารย์Sethakul กรรมการของไทยฝรั่งเศสนวัตกรรมศูนย์ ที่ดีให้ฉันโอกาสในชีวิตการเรียนรู้อื่น ๆ รวมทั้งชีพของเทคโนโลยีมนุษย์ ในที่สุด ฉันอยากจะขอขอบคุณพนักงานทุกคนของ TFIC สำหรับความช่วยเหลือของพวกเขาพิเศษขอบคุณและญาติในการดูแล และสนับสนุนฉันSisuda Chaithongsukvสารบัญหน้าบทคัดย่อ (ภาษาอังกฤษ) iiบทคัดย่อ (ภาษาไทย) iiiถาม-ตอบ ivรายการของตาราง viรายการตัวเลข viiรายการคำย่อและสัญลักษณ์ ixบทที่ 1 บทนำ 11.1 แรงจูงใจ 11.2 วิทยานิพนธ์วัตถุประสงค์ 11.3 วิทยานิพนธ์ขอบเขต 21.4 วิทยานิพนธ์ขั้นตอน 21.5 ประโยชน์ที่คาดว่า 2บทที่ 2 พื้นฐานในวิธีการแม่เหล็กไฟฟ้า และตัวเลข 32.1 Biot-Savart ของกฎหมาย 3Circuital กฎหมาย 2.2 แอมแปร์ 42.3 ของแมกซ์เวลล์ 52.4 วิธีเลขความละเอียด elliptic ชาย 112.5 บทที่สรุป 16บทที่ 3 การออกแบบและก่อสร้าง PM 17 เครื่อง3.1 เป็นพารามิเตอร์ของ PMSM 173.2 วัสดุแม่เหล็ก 173.3 คำนวณ PMSM 273.4 ใบพัดออก 433.5 บท 48 สรุปบทที่ 4 การคำนวณและผลการทดลอง 494.1 คำนวณผล 494.2 ผลการทดลองการ 564.3 บทที่ 62 สรุปบทที่ 5 บทสรุปและข้อเสนอแนะ 63อ้างอิง 64ภาคผนวก A 65ประวัติ 68viรายการของตารางตารางหน้าข้อมูลจำเพาะและรูปทรงเรขาคณิตของมอเตอร์ 17 3-13-2 คุณสมบัติแม่เหล็กของแม่เหล็ก SmCo (Cobolt ซาแมเรียม) 24ค่า EMF 4-1 ในแต่ละ harmonic ต่อระยะ 51ค่า EMF 4-2 ในแต่ละ harmonic ที่ 52 บรรทัดค่า EMF 4-3 ในแต่ละ harmonic ที่อ่านจากสเปกตรัม 57ค่า EMF 4-4 ในแต่ละ harmonic ต่อเฟสและ 58 บรรทัดviiรายการตัวเลขรูปหน้าภาพประกอบ 2-1 กฎหมายของสนามแม่เหล็กแสดง Biot Savart เกิดจากเซกเมนต์ส่วนที่แตกต่างจากปัจจุบัน 4เส้นทาง Amperian 2-2 รอบมีความยาวอนันต์ 5 ปัจจุบันองค์ประกอบสามเหลี่ยม 2-3 133-1 หลักโค้งสัมผัสวัสดุถาวร 183-2 ความก้าวหน้าของวัสดุแม่เหล็กถาวร 18เส้นโค้ง B H 3-3 ของแม่เหล็ก 193-4 เส้นโค้ง B H เหล็ก 193-5 เส้นโค้ง demagnetization อุณหภูมิสูงความกด uniaxiallyNdFeB 21กระบวนการผลิต 3-6 การเผา anisotropic NdFeB แม่เหล็ก 22แม่เหล็ก SmCo 3-7 (ซาแมเรียมโคบอลต์) 23เส้นโค้ง demagnetization 3-8 ของแม่เหล็ก SmCo 253-9 พื้นฐานข้ามส่วนของใบพัดแม่เหล็กพื้นผิว (4 เสา) 263-10 การกระจายความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในอากาศช่องว่าง 28ขดลวดรูปทรงเรขาคณิตและตำแหน่งขดเดียว 28 3-11ขดลวดรูปทรงเรขาคณิตและตำแหน่ง 29 คดเคี้ยวกระจาย 3-12ตัวอย่าง 3-13 ของขดลวด 303-14 โครงสร้างเครื่อง 313-15 แสดงลวดทองแดงต่อเปิด 32รูปภาพของสเต 34 3-16วน 3-17 35 ปัจจุบันคู่ขดลวดที่ใช้แสดงหน่วย inductance 36 3-183-19 แสดงระยะ (a) ต่อหนึ่งขั้ว 373-20 ขดลวดของขั้นตอนที่ 38ช่อง 3-21 แสดงสอง 383-22 ลักษณะของช่องว่างอากาศและแม่เหล็กถาวรความหนาของใบพัด 39ระยะ 40 ใบพัดแม่เหล็ก 3-23คุณลักษณะการออกแบบแม่เหล็กถาวร 40 3-24แม่เหล็กถาวร 41 ชิ้น 3-25ขนาด 3-26 ของแม่เหล็กถาวรต่อ 42 ชิ้นปกติ 3-27 43 ใบพัดใบพัดแม่เหล็กถาวรรูปไพ่ 3-28 44ใบพัดแม่เหล็กถาวรรูปสี่เหลี่ยม 3-29 443-30 ขนาดของใบพัดที่ใช้ซอฟต์แวร์ Auto CAD 45ใบพัดหลักเหล็ก 46 3-313-32 แม่เหล็กบนใบพัดแกนเหล็ก 46แม่เหล็กบนใบพัด 46 33-3แม่เหล็กบนใบพัด 47 ติดกาว 3-34ใส่ใบพัด ด้วยแม่เหล็กในเตา 47 35 33-36 ใบพัดแกนเหล็กกับแม่เหล็กถาวร 48ประกอบมอเตอร์ 48 3-374-1 ไหลแบบบรรทัดราคา 49viiiรายการของตัวเลข (ต่อ)รูปหน้า4-2 ความหนาแน่นฟลักซ์ 494-3 A ดูของตาข่ายที่ 50 ไม่โหลดEMF 4-4-เปอร์เซ็นต์ในแต่ละ 50 มีค่าคิด 4-5 และคิดปรับเปลี่ยนค่าต่าง ๆ ของขั้วแม่เหล็กครอบคลุม 51สเปกตรัม 4-6 ในแต่ละ harmonic ต่อระยะ 51สเปกตรัม 4-7 ในแต่ละ harmonic ที่ 52 บรรทัด4-8 ไหลต่อระยะ 524-9 ตัวต่อเฟส 534-10 หลัง-emf ต่อระยะ 534-11 emf กลับต่อเฟสและ 54 บรรทัด4-12 แรงบิดของมอเตอร์ที่ปัจจุบัน 1.5A 54แรงบิด 4-13 การ cogging 554-14 กรณีของแม่เหล็กใบพัดบิดเบือนบล็อก 3 55แรงบิด 4-15 สอง waveforms ของ cogging 564-16 แรงบิด cogging กรณีใบพัดเป็นเบ้ในสองแกนชิ้น 56สเปกตรัมของ EMF 57 4-174-18 รูปคลื่น EMF ที่ในแต่ละขั้นตอน 57รูปคลื่น EMF 4-19 ใน 58 แต่ละบรรทัด4-20 โหลดทดสอบที่ 2.5 N.m. 58โหลด 4-21 ทดสอบที่ 3 N.m. 59โหลด 4-22 ทดสอบที่ 3.5 N.m. 59โหลด 4-23 ทดสอบที่ 4 N.m. 59โหลด 4-24 ทดสอบที่ 4.5 N.m. 60โหลด 4-25 ทดสอบที่ 5 N.m. 604-26 EMF เป็นฟังก์ชันความเร็ว 614-27 ความสัมพันธ์ระหว่างกระแส และแรงบิด 61ม้านั่งทดสอบ 62 4-28ixรายการคำย่อและสัญลักษณ์ตั้ง [m2]แม่เหล็กหนา [mm]ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B [T](1)ˆg คลื่นความหนาแน่นฟลักซ์รวมพื้นฐาน B ในช่องว่างอากาศ [T]ความหนาแน่นฟลักซ์มิลลิกรัม B ในช่องว่างของอากาศผ่านแม่เหล็ก [T](1)ˆmg คลื่นความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก B พื้นฐานในกระแส [T]ความหนาแน่นฟลักซ์ B Remanence r [T]อีช่องว่างอากาศ [mm]ความแรงของฟิลด์แม่เหล็ก H [A / m]บังคับ H Coercive c [A / m]ฉันปัจจุบัน [A]ความหนาแน่นปัจจุบัน J [A/m2]L Inductance [H]M กัน inductance [H]จำนวน N เปิด [เปิด]จำนวนขั้ว pคิวหมายเลขของ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

การออกแบบและการก่อสร้างของซิงโครนัสมอเตอร์แม่เหล็กถาวร

คิดถึง sisuda chaithongsuk
วิทยานิพนธ์ส่งเติมเต็ม inpartial ของความต้องการ
สำหรับหลักสูตรวิศวกรรมศาสตรมหาบัณฑิต สาขาวิชาวิศวกรรมไฟฟ้า คณะวิศวกรรมศาสตร์ ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า


พระจอมเกล้าธนบุรี บัณฑิตวิทยาลัย สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ ปีการศึกษา 2549 ISBN 974-190-887-3


ลิขสิทธิ์ของสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ
ii
ชื่อ : นางสาว sisuda chaithongsuk
ชื่อวิทยานิพนธ์ การออกแบบและการก่อสร้างของแม่เหล็กถาวรมอเตอร์ synchronous

สาขามหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี วิศวกรรมไฟฟ้าสถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือ

วิทยานิพนธ์อาจารย์ที่ปรึกษา : รองศาสตราจารย์ ดร. suksun nungam

panarit ผู้ช่วยศาสตราจารย์พัฒนเกียรติ ปีการศึกษา

: 2549 บทคัดย่อแม่เหล็กถาวรมอเตอร์ซิงโคร ( pmsms ) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายใน
อุตสาหกรรมมากมาย วิทยานิพนธ์นี้เสนอการออกแบบและการก่อสร้างของ
แม่เหล็กถาวร synchronous motor ใบพัดแม่เหล็กถาวรก่อสร้าง
ตามกรอบสเตเตอร์ของมอเตอร์ . การออกแบบการปฏิบัติ
เพื่อให้เกิดกระแสกลับ EMF โดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงค่าเรขาคณิตและ
คดเคี้ยว แต่ละเสาของใบพัดคงที่กับบล็อกแม่เหล็กหลาย ปัญหาหลักคือการเลือกที่เหมาะสมช่วง
บล็อกแม่เหล็กเบื้องต้น ดังนั้น ,
ค่าที่เหมาะสมของช่วงแม่เหล็กถูกเลือกเพื่อลดกำลังของกลับ EMF แรงบิดและแรงบิด
ค็อกกิ้งพิจารณาในการออกแบบ ไฟไนต์เอลิเมนต์ที่ใช้ในการคำนวณออกแบบ
.ผลการทดลองเปรียบเทียบกับผลการคำนวณ
.
( ทั้งหมด 68 หน้า )
คำสำคัญ : ช่วงแม่เหล็ก , แม่เหล็กถาวรมอเตอร์ synchronous และแรงบิด ______________________________________________________________ ที่ปรึกษา

ค็อกกิ้ง 3
ชื่อ : นางสาวศรีสุดาไชยทองสุก
ชื่อวิทยานิพนธ์ :การออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวร
สาขาวิชา : วิศวกรรมไฟฟ้า

สถาบันเทคโนโลยีพระจอมเกล้าพระนครเหนือที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์ : รองศาสตราจารย์ดรสุขสันติ์นุ่นงาม
.ผู้ช่วยศาสตราจารย์พนาฤทธิ์เศรษฐกุล
ปีการศึกษา : 2549


บทคัดย่อปัจจุบันมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรมีการประยุกต์และใช้งานกันอย่างแพร่หลายในภาคอุตสาหกรรมงานวิจัยนี้ได้นำเสนอถึงการออกแบบและสร้างมอเตอร์ซิงโครนัสชนิดแม่เหล็กถาวรโดยการใช้โครงสร้างในส่วนของสเตเตอร์ที่มีอยู่เดิมของมอเตอร์เหนี่ยวนำเฟส

3และจะไม่มีการเปลี่ยนแปลงลักษณะรูปร่างของสเตเตอร์และขดลวดตัวนำซึ่งการออกแบบนี้เพื่อที่จะทำให้ได้แรงดันกลับ EMF มีลักษณะเป็นรูปคลื่นไซน์โดยในแต่ละขั้วจะมีแม่เหล็กถาวร

หลายๆแท่งติดอยู่บนตัวโรเตอร์สิ่งที่ยากที่สุดในการออกแบบคือการเลือกขนาดมุมของแม่เหล็กที่เพราะฉะนั้นค่าของมุมที่เหมาะสมจะทำให้ได้ผลรวมความผิดเพี้ยนของฮาร์มอนิกส์

เหมาะสม( THD ) ที่แรงดันกลับ EMF มีค่าต่ำในขณะที่แรงบิด ( แรงบิด ) และค่าค็อกกิ้งบิดก็ถูก
นำมาใช้ในการออกแบบด้วยโดยการคำนวณจะใช้วิธีการของแม่เหล็กวิธีไฟไนต์เอลิเมนต์ femm และผลลัพธ์ที่ได้จากการทดลองจริงได้ถูกนำมาเปรียบเทียบกับการออกแบบที่

:ได้จากการคำนวณ
( วิทยานิพนธ์มีจำนวนทั้งสิ้น 68 หน้า )
คำสำคัญ : ช่วงแม่เหล็ก , แม่เหล็กถาวรมอเตอร์ synchronous และค็อกกิ้ง แรงบิด _______________________________________________________ อาจารย์ที่ปรึกษาวิทยานิพนธ์
4

ขอบคุณ
ครั้งแรกของทั้งหมด ผมพอใจกับความเมตตาของ ดร. noureddine
takorabet สำหรับแนะแนวและฉันต้องการที่จะแสดงในฝรั่งเศส " เลอ remerciements Les พลัส sinc เป็น D é di è res
) ของศาสตราจาย์ ดร. noureddine ล่าสุด takorabet เทลูกชายความสนใจและซา
ผู้สิ้นสุด เดอ ชั้น 3 เฟส ) อ ลูกชายคือ CE qui ne ) M ' é Tait pas é vident . pourtant
IL EST finalement la บังคับ motrice de r é ussite นี้ . เชอ เว appliquer ตูลูก savoirfaire
3 เฟส จาก R é et prendre ศาสตราจาย์ ของ exemplaire เทมอญคลอดใน La
ในอนาคตดังนั้นจึงเทมอญศรี l'occasion pr éจ่ายฉันเซนเต้ " .
ถัดไป ฉันขอบคุณ รองศาสตราจารย์ ดร. suksun nungam ใครเสมอ
สนับสนุนและแนะนำฉันทุกอย่าง และโดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผู้ช่วยศาสตราจารย์ panarit
พัฒนเกียรติ ผู้อำนวยการศูนย์นวัตกรรม ภาษาไทย ภาษาฝรั่งเศส ที่ให้เยี่ยม
โอกาสในชีวิตที่จะเรียนรู้คนอื่น เทคโนโลยี รวมทั้งความเป็นอยู่ของ
มนุษย์ สุดท้าย ผมขอขอบคุณพนักงานทุก tfic สำหรับความช่วยเหลือของพวกเขา .
ขอบคุณครอบครัวและเพื่อน ๆที่สนใจและสนับสนุนฉัน .
sisuda chaithongsuk
v


สารบัญหน้าบทคัดย่อ ( ภาษาอังกฤษ ) 2
บทคัดย่อ ( ภาษาไทย ) 3

ขอบคุณ 4 รายการของตารางที่ 6 7

รายการของตัวเลขรายชื่ออักษรย่อและสัญลักษณ์ 9
บทที่ 1 บทนำ 1.1 แรงจูงใจ 1
1
1
1.3 วัตถุประสงค์ 1.2 วิทยานิพนธ์วิทยานิพนธ์วิทยานิพนธ์ขั้นตอน 1.4 ขอบเขต 2
2
2
1.5 ประโยชน์ที่คาดว่าจะได้รับ บทที่ 2 พื้นฐานในทางตัวเลขและวิธีการ 3
2.1 ไบโอต ซาวาร์กฎหมาย 3
2.2 แอมแปร์ก็ circuital กฎหมาย 4
2.3 สมการของแมกซ์เวลล์ 5
2.4 วิธีการเชิงตัวเลขสำหรับรูป PDE ความละเอียด 2.5 บทสรุป 16

11การออกแบบและสร้างเครื่องบทที่ 3 PM 17
3.1 ตัวแปร pmsm 17
3.2 วัสดุแม่เหล็ก 17
3.3 การคำนวณของ pmsm 27
3
3 บทสรุปการออกแบบใบพัด 43 48
บทที่ 4 การคำนวณและการทดลอง 49
4.1 การคำนวณผลลัพธ์ที่ 49
4.2 ผล 56
4.3 บทสรุป 62 บทที่ 5 สรุปและข้อเสนอแนะ

63 64 65

อ้างอิงภาคผนวกชีวประวัติ 68
6

รายการตารางหน้าโต๊ะ
3-1 สเปคและเรขาคณิตของมอเตอร์ 17
3-2 สมบัติทางแม่เหล็กของแม่เหล็ก SmCo ( ซาแมเรียมโคบอลต์ ) 24
4-1 อีเอ็มเอฟค่าฮาร์มอนิกต่อในแต่ละเฟส 51
4-2 อีเอ็มเอฟค่าในแต่ละค่าในบรรทัดที่ 52
4-3 อีเอ็มเอฟค่าในแต่ละกระแสฮาร์มอนิก ที่อ่านจากสเปกตรัม 57
4-4 ค่า EMF ในแต่ละเฟส และฮาร์มอนิกต่อบรรทัดที่ 7 58

รายการของตัวเลขหน้า

รูปที่ 2-1 ภาพประกอบของกฎหมายอ่อน ซาวาร์แสดงสนามแม่เหล็กที่เกิดขึ้นจากส่วนของปัจจุบัน )
4
2-2 amperian เส้นทางรอบความยาวอนันต์ในปัจจุบัน 5
3
3-1 เป็นรูปสามเหลี่ยมธาตุ 13 หลักแบบโค้งของวัสดุแม่เหล็กถาวร 18
3-2 ความก้าวหน้าของวัสดุแม่เหล็กถาวร 18
3-3 b-h เส้นโค้งเส้นโค้ง b-h 19 3-4 แม่เหล็กเหล็ก 19

3-5 demagnetization เส้นโค้งของอุณหภูมิสูงกด uniaxially
21
NdFeB 3-6 กระบวนการผลิตของ sintered NdFeB แม่เหล็ก 22
3-7 อุบ , SmCo แม่เหล็ก ( Cobalt ) 23
8 โค้ง demagnetization ของ SmCo แม่เหล็ก 25
3-9 พื้นฐานข้ามส่วนของพื้นผิว ( ใบพัดแม่เหล็ก 4 ขั้ว ) 26
3-10 ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กกระจายอยู่ในช่องว่างของอากาศ 28
3-11 คดเคี้ยวเรขาคณิตและตำแหน่งเดียวม้วน 28
3-12 คดเคี้ยวเรขาคณิตและตำแหน่งสำหรับการกระจายม้วน 29
3-13 ตัวอย่างของการหมุน 30
3-14 โครงสร้างเครื่อง 2
31 แสดงลวดทองแดงต่อเปิด 32
3-16 ภาพของสเตเตอร์ 34
3-17 ห่วงในปัจจุบัน 35
3-18 คู่ของขดลวดที่ใช้เพื่อแสดงให้เห็นซึ่งกันและกัน ตัวเหนี่ยวนำ 36
3-19 แสดงเฟส ( ) ต่อหนึ่งเสา 37
30-20 วกวนของระยะ 38
3-21 แสดงสองช่อง 38
3-22 คุณลักษณะช่องว่างอากาศและความหนาของแม่เหล็กถาวรของโรเตอร์ 39
3-23 แม่เหล็กช่วงของใบพัด 40
3-24 คุณลักษณะการออกแบบแม่เหล็กถาวร 40
3-25 ชิ้นของแม่เหล็กถาวร 41
3-26 มิติของแม่เหล็กถาวรต่อหนึ่ง ชิ้นที่ 42
3-27 ตามแบบฉบับของโรเตอร์ 43
3-28 กระเบื้องรูปทรงใบพัด 44
แม่เหล็กถาวร3-29 สี่เหลี่ยมใบพัดแม่เหล็กถาวร 44
3-30 ขนาดของใบพัดใช้ Auto CAD ซอฟต์แวร์ 45
3-31 โรเตอร์ แกนเหล็ก 46
3-32 แม่เหล็กบนแกนใบพัดเหล็ก 46
3-33 แม่เหล็กบนโรเตอร์ 46
3-34 ติดกาวแม่เหล็กบนโรเตอร์ 47
3-35 ใส่ใบพัดด้วยแม่เหล็กเข้าไปในเตาหลอม 47
3-36 เหล็กแกนใบพัดด้วยแม่เหล็กถาวร 48

3-37 ประกอบมอเตอร์ 484-1 ฟลักซ์สาย 49
8
รายการของตัวเลข ( ต่อ )

รูปหน้า 4-2 มูกเลือดความหนาแน่น 49
4-3 มุมมองของตาข่ายที่ไม่มีภาระ 50
4-4 EMF ร้อยละในแต่ละฮาร์มอนิก 50
4-5 THD และแก้ไขค่าต่าง ๆโดยใช้ช่วงเสาแม่เหล็ก 51
4-6 คลื่นความถี่ในแต่ละค่าต่อเฟส 51
4-7 คลื่นความถี่ในแต่ละค่าในบรรทัดที่ 52
4-8 ฟลักซ์ต่อระยะ 52
4-9 ปัจจุบัน 53
ต่อเฟส4-10 กลับ EMF ต่อระยะ 53
4-11 กลับ EMF ต่อเฟสและบรรทัดที่ 54
4-12 แรงบิดของมอเตอร์ที่ปัจจุบันของ 1.5a 54
4-13 ที่แนวโค้งฟันบิด 55
4 - 14 กรณีของใบพัดแม่เหล็กเป็นเบ้ 3 บล็อก 55
4-19 สองรูปคลื่นของแรงบิด 56
4-16 วันค็อกกิ้งค็อกกิ้งแรงบิด ในกรณีของใบพัดบิดเบี้ยวไปใน 2 แกนชิ้น 56
4-17 สเปกตรัมของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า 57
4-18 อีเอ็มเอฟคลื่นรูปแบบในแต่ละระยะ 57
4-19 อีเอ็มเอฟคลื่นรูปแบบในแต่ละบรรทัด 58
4-20 โหลดทดสอบ 2.5 N.M 58
4-21 โหลดทดสอบที่ 3 N.M 59
4-22 โหลดทดสอบ 3.5 ที่ N.M 59
4-23 โหลดทดสอบที่ 4 N.M 59
บัวหลวงโหลดทดสอบที่ 4.5 N.M 60
4-25 โหลด การทดสอบที่ 5 N.M 60
4-26 EMF เป็นฟังก์ชันของความเร็ว 61
4-27 ความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและปัจจุบัน 61
4-28 การทดสอบม้านั่ง 62
9
รายชื่ออักษรย่อและสัญลักษณ์
[ ]
m2 พื้นที่หนาแม่เหล็ก [ อืม ] :
b ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก [ T ]
( 1 )
ˆ g b พื้นฐานทั้งหมดของความหนาแน่นฟลักซ์ในช่องว่างอากาศ [ T ]
มิลลิกรัม B ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศเหนือ [ T ]

ˆ ( 1 ) ความหนาแน่นฟลักซ์แม่เหล็ก 1 มิลลิกรัม B พื้นฐานในช่องว่างอากาศ [ T ]
R B remanence ความหนาแน่นฟลักซ์ [ T ]
E
h [ อืม ] ช่องว่างอากาศ สนามแม่เหล็กแรง [ / m ]
c H บังคับขู่เข็ญบังคับ [ / m ]
[ ]
ผมปัจจุบันความหนาแน่นกระแส [ J / m2 ]
[ ]
H L หรือ M ซึ่งกันและกันตัวเหนี่ยวนำ [ H ]
จำนวน n เปิด [ เปิด ]
p
q จำนวนตัวเลขของเสา