مدلسازي، طراحي بهينه و ساخت موتور سنكرون رلوكتانسي براي كاربردهاي مختلف

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

دكتري

امروز از موتورهاي سنكرون رلوكتانسي و موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه انداز به عنوان رقيبي براي جايگزيني موتورهاي القايي در كاربردهاي سرعت متغير و سرعت ثابت ياد مي‌شود. ساده‌تر بودن فرآيند ساخت و داشتن بازده بالاتر به دليل حذف قفس القايي، موتورهاي سنكرون رلوكتانسي را به گزينه مناسبي براي جايگزيني موتورهاي القايي در كاربردهاي داراي درايو كرده است. موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز نيز به دليل بازده بالا و عملكرد در سرعت سنكرون، گزينه مناسبي براي كاربردهاي سرعت ثابت مانند فن‌ها و پمپ‌ها هستند. يافتن حالتي بهينه براي روتور كه كمترين ريپل گشتاور و بيشترين متوسط گشتاور را بتوان از آن استخراج كرد، هدفي زمان‌بر است كه در طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي دنبال مي‌شود؛ زيرا نيازمند ارزيابي عملكرد موتور در نقاط متعدد به ازاي حالت‌هاي مختلف متغيرهاي طراحي است. بنابراين نياز به يك مدل تحليلي كه سرعت حل بالايي داشته و در عين حالت با دقت مناسب ماهيت پپيچيده موتور را مدل كند، ضروري به نظر مي‌رسد. چالش اصلي در طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه انداز، ايجاد مصالحه بين عملكرد حالت پايدار و گذرا است، زيرا حالت بهينه سدكننده‌هاي شار و قفس القايي كه به ترتيب عملكرد حالت پايدار و گذراي موتور را تعيين مي‌كنند، با هم در تعارض هستند. يكي از اهداف اين رساله ارائه مدل تحليلي براي محاسبه ميدان مغناطيسي فاصله هوايي موتور سنكرون رلوكتانسي است تا با كمك آن بتوان با سرعت بالا عملكرد موتور را ارزيابي كرده و كمينه سازي ريپل گشتاور موتور را با آن انجام داد. اين كار با استفاده از تركيب روش نگاشت همديسي و روش مدار معادل مغناطيسي انجام شده است. مدل تحليلي پيشنهادي قابليت در نظر گرفتن اثر شيارهاي استاتور و سدكننده‌هاي شار روتور را در مولفه شعاعي و مماسي ميدان فاصله هوايي دارد و همچنين امكان لحاظ كردن اثر اشباع هسته با در نظر گرفتن چرخش روتور را فراهم مي‌كند. مقايسه نتايج روش پيشنهادي با نتايج آناليز المان محدود دوبعدي صورت گرفته است. از ديگر اهداف اين رساله شناسايي تابع ريپل گشتاور موتور سنكرون رلوكتانسي و اتخاذ الگوريتم بهينه‌سازي متناسب با آن است. با توجه به سرعت بالاي مدل تحليلي از آن براي استخراج تابع ريپل گشتاور موتور سنكرون رلوكتانسي استفاده شده است. با توجه به شكل تابع ريپل گشتاور كه داراي چندين بهينه محلي است، الگوريتم بهينه‌سازي مولتي مودال كه متناسب با ساختار تابع هدف است براي كاهش ريپل گشتاور استخراج شده است. نمونه موتور سنكرون رلوكتانسي طراحي شده با الگوريتم بهينه‌سازي مولتي مودال و روش پيشنهادي، ساخته شده است. نتايج تست آزمايشگاهي نشان دهنده قابليت روش پيشنهادي براي طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي است. از ديگر اهداف اين رساله طراحي موتور سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز با راندمان بالا است. براي اين منظور با استفاده از مدل تحليلي پيشنهادي، سه طرح مختلف روتور سنكرون رلوكتانسي كه از نظر متوسط و ريپل گشتاور بهينه هستند به عنوان پايه طراحي موتور سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز در نظر گرفته شده و قفس القايي با ميله‌هاي مسي مستطيلي براي آن‌ها طراحي شده است. علي‌رغم عملكرد حالت پايدار مشابهي كه روتورهاي بهينه سنكرون رلوكتانسي از خود نشان مي‌دهند، عملكرد حالت گذراي آن‌ها با اضافه شدن قفس القايي متفاوت است. در ميان طراح‌هاي بهينه مختلف، روتور با كمترين ميزان مصرف مس براي ساخت انتخاب شده است. نتايج تست با شبيه سازي تطابق خوبي داشته است.

215227

قدرت

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان

بابك فهيمي، بهزاد ميرزائيان دهكردي

آرش كيومرثي، احمدرضا تابش، جواد فيض

مهدي معلم