تحليل چند فيزيكه موتور سوئيچ رلوكتانس سرعت بالا و كاهش ارتعاش آن با كنترل ولتاژ مغناطيس زدايي

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق

كارشناسي ارشد

موتورهاي الكتريكي بر جنبه¬هاي مختلف زندگي ما تأثير مي¬گذارند. ما از موتورهاي الكتريكي در كاربردهاي متعددي مانند تهويه هوا، يخچال، ماشين لباسشويي، فن، جاروبرقي و در كاربردهاي صنعتي به وفور از آن¬ها در ابزارهاي ماشينكاري، جرثقيل¬ها، پمپ¬ها و كمپرسورها استفاده مي¬كنيم. ايده اصلي ماشين سوئيچ رلوكتانس در سال 1838 مطرح شد، اما به دليل عدم پيشرفت تكنولوژي ادوات الكترونيك قدرت مورد توجه قرار نگرفت. با ظهور كليدهاي نيمه هادي سريع، با راندمان بالا، پر قدرت و كم هزينه و نيز هم¬چنين پيشرفت در فناوري¬هاي مدارهاي مجتمع، آنالوگ و ديجيتال؛ استفاده از اين موتور در چند سال اخير در بازه وسيعي از كاربردهاي صنعتي و خانگي مورد توجه قرار گرفته است. در دو دهه گذشته ماشين¬هاي سوئيچ رلوكتانس را در بسياري از زمينه¬ها مانند خودرو سازي، هوا نوردي و كاربردهاي فضايي كه در آن ماشين¬هاي الكتريكي بايد تحت شرايط محيطي سخت و الزامات با قابليت اطمينان بالا كار كنند؛ بر بسياري از ماشين¬هاي الكتريكي ترجيح داده شده اند.ماشين سوئيچ رلوكتانس تحمل خطا و محدوه سرعت بالايي دارد. با اين حال، از چندين معايب از جمله ارتعاش زياد، نويز صوتي و ريپل گشتاور رنج مي¬برد. بنابراين، نويز صوتي گسترش آن را در برنامه¬هاي كاربردي حساس به نويز محدود كرده است. به همين منظور حل مشكل نويز صوتي و ارتعاش ماشين سوئيچ رلوكتانس براي كاربرد گسترده آن از اهميت بالايي برخوردار است. با مقايسه بين ماشين¬هاي القائي، مغناطيس دائم و سوئيچ رلوكتانس مشاهده مي¬شود، كه ارتعاش بالا به عنوان نقطه ضعف اصلي ذكر شده است. عليرغم اين كه ماشين سوئيچ رلوكتانس با راندمان بالاتري نسبت به ماشين¬هاي القائي و راندمان قابل مقايسه با مغناطيس دائم در سرعت¬هاي بالا عمل مي¬كند، نويز صوتي و ارتعاش در ماشين سوئيچ رلوكتانس عمدتا به اصل توليد گشتاور منحصر به فرد و ساختار دوبل برجسته آن نسبت داده مي¬شود. انتشار نويز صوتي در ماشين سوئيچ رلوكتانس يك پديده چند فيزيكه است، كه فرآيند تحريك جريان، ميدان مغناطيسي، نيروي شعاعي، ارتعاش شعاعي، نويز صوتي را تجربه مي¬كند. منابع، وقوع پديده ارتعاش نيز در چهار گروه مختلف از جمله منابع مكانيكي، آيروديناميكي،الكترونيكي و الكترومغناطيسي طبقه بندي شده اند. اين موضوع از دو منظر متفاوت مورد توجه قرار گرفته است. به طور كلي راه حل¬ها را مي¬توان به دو دسته روش¬هاي مبتني بر طراحي يا كنترل دسته بندي كرد. در اين پژوهش نيروي الكترومغناطيسي شعاعي كه عامل اصلي ارتعاش و نويز در ماشين سوئيچ رلوكتانس مي¬باشد، براي فرآيند تحليل چندفيزيكه در نظر گرفته شده است. پس از ارائه مباني ارتعاش و نويز صوتي، براي شبيه ‌سازي نويز صوتي در ماشين سوئيچ رلوكتانس، رويكرد مدل ‌سازي عددي براي تحليل نويز صوتي ارائه مي‌شود. در موتور سوئيچ رلوكتانس سرعت بالا ، ايجاد جريان تحريك مناسب و مغناطيس زدايي به دليل مدت زمان كوتاه براي تحريك و مغناطيس زدايي در ناحيه سرعت بالا دشوار است. اگر جريان فاز تحريك نتواند در طول دوره افزايش اندوكتانس فاز به مقدار مورد نظر برسد، موتور سوئيچ رلوكتانس نمي¬تواند گشتاور خروجي كافي توليد كند. هم¬چنين، جريان مغناطيس زدايي ممكن است به جريان دنباله دار تبديل شود كه به دليل مدت زمان مغناطيس زدايي، گشتاور منفي توليد مي¬كند. به منظور اطمينان از عملكرد سيستم درايو ماشين سوئيچ رلوكتانس با سرعت بالا، روند كاهش جريان با مغناطيس زدايي سريع ضروري است. در اين پژوهش پس از طراحي موتور سوئيچ رلوكتانس سرعت بالا، يك مبدل با قابليت مغناطيس زدايي سريع ارائه شده است. با در نظر گرفتن مبدل با قابليت مغناطيس زدايي سريع، نرخ تغييرات ولتاژ در لحظه كموتاسيون افزايش مي¬كند. افزايش نرخ تغييرات ولتاژ در لحظه كموتاسيون منجر به افزايش نرخ تغييرات نيروي شعاعي و افرايش ارتعاش خواهد شد، لذا روش كاهش ولتاژ نرم با ايجاد سطوح مختلف ولتاژ براي بهبود تغيير ناگهاني ولتاژ انجام مي¬شود. چگالي نيروي سطحي، مولفه¬هاي هارمونيكي نيروي شعاعي،فركانس¬هاي اجباري و طبيعي، ارتعاش و نويز صوتي تجربه شده توسط استاتور و بدنه از روش مدل¬سازي عددي در حالت¬هاي مغناطيس زدايي با ولتاژ معادل لينك دي سي، دو برابر لينك دي سي و ولتاژ نرم مقايسه خواهند شد.

222879

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان