ارائه الگوريتم نوين مدلسازي تحليلي ماشين سويچ رلوكتانس با رويكرد بهينه سازي چندفيزيكه

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

برق قدرت

كارشناسي ارشد

موتور سوئيچ رلوكتانس به موجب ساختار ساده و مستحكم، هزينه پايين توليد، عدم نياز به آهنرباي دائم و قابليت اطمينان بالا، گزينه اي مطلوب براي كاربردهاي صنعتي محسوب مي شود. با اين حال، رفتار ذاتا غيرخطي مدار مغناطيسي و برهم كنش همزمان پديده هاي الكترومغناطيسي، حرارتي، مكانيكي و ارتعاشي، طراحي اين ماشين را به مسئله اي پيچيده و چندهدفه بدل ساخته است؛ به گونه اي كه افزايش گشتاور و چگالي توان با محدوديت هاي دمايي و تنش مكانيكي در تعارض قرار مي گيرند. در اين پژوهش، چارچوبي جامع براي طراحي و بهينه سازي چندفيزيكه موتور سوئيچ رلوكتانس ارائه شده است. در گام نخست، يك مدل تحليلي نوين با درنظرگرفتن ويژگي هاي غيرخطي مدار مغناطيسي توسعه يافته و پارامترهاي هندسي، الكتريكي و مغناطيسي از روي مشخصات عملكردي مورد انتظار استخراج مي شوند. سپس قيود طراحي، شامل محدوديت هاي هندسي، پرشدگي شيار، چگالي جريان، شرايط مغناطيسي و الزامات مكانيكي اعمال و طرح هاي غيرقابل اجرا از فضاي جست وجو حذف مي شوند. الگوريتم پيشنهادي بعد از پياده سازي و توليد طرح هاي قابل اجرا، مدل هاي مشابه با روش خوشه بندي شناسايي و طرح هاي نماينده براي تحليل دقيق تر انتخاب مي كند. براي ارزيابي عملكرد، تحليل هاي الكترومغناطيسي به روش اجزاي محدود جهت اعتبارسنجي مشخصات و استخراج نيروهاي شعاعي و مماسي انجام شده و مدل شبكه حرارتي پارامتر متمركز براي ارزيابي سريع دماي نقاط داغ به كار گرفته شده است. پياده سازي روي موتورهاي 6/8 (چهارفاز، 4 كيلووات، 1500 دور بر دقيقه) و 4/6 (سه فاز، 8 كيلووات، 2000 دور بر دقيقه ابر اساس مشخصات پايه موتور سويچ رلوكتانس از برند تجاري "Oulton Drive") نشان مي دهد كه بهبود عملكرد الكترومغناطيسي و افزايش ظرفيت گشتاوردهي، به طور مستقيم با افزايش تنش هاي حرارتي و تشديد هارمونيك هاي نيروي شعاعي همراه است؛ به بيان ديگر، كوچك سازي ابعاد و افزايش چگالي توان، بدون توجه همزمان به مسيرهاي انتقال حرارت، مي تواند دماي نقاط داغ را افزايش دهد. نتايج حاصل نشان مي دهد كه چارچوب پيشنهادي قادر است فضاي گسترده اي از پيكربندي هاي هندسي را با هزينه محاسباتي كمتر نسبت به ارزيابي مستقيم تمامي طرح ها با روش هاي عددي دقيق بررسي كرده و مجموعه اي محدود از طرح هاي قابل بررسي را استخراج كند. ارزيابي طرح هاي منتخب با استفاده از تحليل اجزاي محدود و مدل شبكه حرارتي نشان داد كه بهبود عملكرد الكترومغناطيسي لزوما با بهبود همزمان رفتار حرارتي و شاخص هاي تحريك مرتبط با نويز و لرزش همراه نيست. بر اين اساس، انتخاب طرح نهايي به صورت يك مسئله مصالحه اي ميان عملكرد الكترومغناطيسي، محدوديت حرارتي و تحريكات مرتبط با نويز و لرزش الكتريكي در نظر گرفته شده است.

238169

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان