مقاله طراحی، آنالیز و بهینه سازی ماشین های آهن ربای دائم با استاتور بدون آهن – مقاله ماشین های الکتریکی 

چکیده

این مقاله یک متولوژی برای طراحی، آنالیز و بهینه سازی گرافیکی ماشین های آهنربای دائم بدون جاروبک و بدون آهن را برای عملکردهای ژنراتوری ارائه می دهد. شار مغناطیسی در این سطح از ماشین های الکترومغناطیسی به سمت سه بعدی بودن گرایش دارد. عملکرد این ماشین از فقدان ساختارهای آهنی مرسوم و غیاب مسیر شار مغناطیسی اجباری ناشی می شود. طرح پیشنهادی شامل اندازه گیری های هندسی، مکانیکی و الکتریکی به دنبال مدل سازی المان محدود سه بعدی (FE) دقیق از یک ماشین مبنا برای پارامترهای تعیین شده می باشد.

این پارامترها به صورت گرافیکی بهینه سازی شده اند و در چهارچوب حجمی و الکترومغناطیسی بارز برای رسیدن به راه حل های طراحی سوق داده شده اند. این مقاله یک طراحی ماشین بدون آهن را در نظر گرفته و برای بررسی صحت آن از ساخت مدل FE سه بعدی برای بهینه سازی تبدیل انرژی مورد نیاز ژنراتور استاتور بدون آهن سرعت پایین بهره گرفته.

برای دریافت مقاله به ادامه مطلب مراجعه گردد

 

جهت بررسی های انجام شده بر روی پیکربندی ماشین در این مقاله از آرایش روتور و استاتور هم مرکز و سیم پیچ های استوانه ای شکل و یک طراحی مکانیکی ساده استفاده شده. این مقاله استفاده از عملکرد و اثربخشی مواد به عنوان شرایط مهم بهینه سازی را پیشنهاد می دهد. طرح های بهینه شده پیکر بندی دو آرایش سیم پیچی متفاوت را که شعاعی و نصب پیرامونی می باشد نمایان می کنند. در این مقاله کارایی و اثربخشی مواد استفاده شده در طراحی استاتور بدون آهن مطالعه شده و پیکربندی ماشین های بدون آهن مقایسه شده اند.

مقدمه

ماشین های الکتریکی بدون آهن در سال های اخیر توجهات زیادی را به خود به عنوان یک انتخاب رقابتی برای درایورهای سرعت متغیر در عملگرهای مخصوص مشخصی (بعضی از کاربردهای خاص) جلب کرده اند. این کار عموما ناشی از توانایی رساندن عملکرد مغناطیسی قابل قبول با بالا بودن بهره برداری مواد می باشد، برای مثال در حالت توربین های بادی، با قطر بزرگ [۱-۲] کمبود یک ساختار استاتور آهن چاک دار مرسوم تلفات آهن استاتور را خنثی می کند و یک افزایش بهره مندی برای طراحی های سرعت بالا [۳]، و ثمرات تاثیر طراحی های گشتاور دندانه ای صفر [۱]- مشهود است[۶]. نبود آهن باعث کاهش جرم موثر می شود و در بعضی موارد می تواند باعث برتری گشتاور به جرم و توان به چگالی های جرم طراحی های هسته آهنی مقایسه شده است [۷]-[۱]. علاوه براین، ماشین ها به سمت ساخت و منتاژ آسانتر گرایش دارند. به دلیل فقدان یک ساختمان لایه ای و با خاصیت آرایش سیم پیچی ساده تر [۸-۹] می باشد. ماشین های بدون آهن در رنج های مختلفی از کاربردها مورد استفاده قرار می گیرند همچون سیستم های ذخیره انرژی چرخ های سرعت بالا [۱۰-۱۱]، سیستم های نیرو محرکه وسائل نقلیه زمینی و دریایی [۱۲-۱۴]، سیستم های انرژی تجدید پذیر سرعت پایین [۸]و[۱۵] هوافضا [۱۶] و در درایورهای صنعتی خودتنظیم[۱۳]. همچنین تعداد زیادی از تکنولوژی های ماشین بدون آهن در دسترس تجاری وجود دارد که غالبا در نمایان سازی کاربردها در جایی که بعضی از خصوصیات آنها می تواند مورد استفاده قرار بگیرد استفاده می شود[۲۸].

طبق مقالات، ماشین های بدون آهن به عنوان ماشین های هسته هوایی یا بدوk هسته منتسب هستند و همه آنها بدون آهن بوده یا ممکن است آهن نشتی روتور داشته باشند. برای حمایت از میدان روتور آهن ربای دائم به کار رفته است هنگامی که PM ها در یک مد مرسوم، مغناطیسی شده اند، این مغناطیس شوندگی به صورت متناوب عمود بر سیم پیچ های استاتور می باشند و همیشه در یک جهت محور می باشد همان طور که در شکل ۱ نشان داده شده است، میدان مغناطیسی در آهن پشتی روتور ضرورتا ثابت است. از این جهت آهن پشتی روتور می تواند از فولاد نرم جامد ساخته شود [۸]و [۴]. یک مغناطیس کنندگی متناوب آرایه هالبچ است که می تواند ترکیبی از یک آرایه مغناطیسی روتور مجزا باشد. که این بردارهای مغناطیس کنندگی در زوایای مختلف می باشد و با توجه به سیم پیچ معمولا در ۳۰ و ۴۵ و ۶۰ و ۹۰ و ۸۰قرار دارند.

 

 

شکل ۱ : مثالی از یک ماشین شار محور بدون آهن چند مرحله ای با آرایش PM مرسوم و با سیم پیچ چنبره ای

 همان طور که در شکل ۲ نشان داده شده است یکی از نتایج آرایش مغناطیس کنندگی هالبچ آن است که خصوصیات میدان فاصله هوایی بیشتر به صورت تابع سینوسی با یک میدان بسیار کم آهن پشتی می باشد بنابراین وجود روتور پشت آهنی معمولا غیر ضروری می باشد [۵] , [۱۰],[۱۱] (یا با حضور آهن پشتی روتور روابط مقدار کمی سینوسی می شود که این مقدار قابل اغماض است).

شکل۲ : مثالی از یک ماشین شار محور بدون آهن چند مرحله ای با آرایه Halbach و با سیم پیچ چنبره ای

غیاب یک ساختار آهنی محکم در درون استاتور درجه بالایی از آزادی برای طراحی را بوجود می آورد و می تواند به تطبیق شکلهای هسته و آرایش های سیم بندی خلاقانه منجر شود گزارشی داده شده است که هسته های متمرکز و غیر مشترک که اساسا ساخت آنها ساده تر است می توانند در طراحی ماشین باعث شوند که عملگر گشتاور مشابه سیم پیچ های مشترک مرسوم شود و این در صورتی است که ۱۵ درصد مس کمتر استفاده شده باشد [۱۷]. در حالی که این مشاهدات جالب می توانند برای حالت طراحی بحث شده در [۱۷] باشند باید توجه شود که این حالت زیاد عمومی سازی نشوند. شکل های سیم پیچ متمرکز مستطیلی و گرد برای ساخت و پیچیدن بسیار ساده هستند [۸],[۱۸] و شکل های سیم پیچ ذوزنقه ای نشت شار را افزایش می دهند[۱۹] و سیم پیچ های لوزی شکل استفاده از مس را با بریدن طول انتهایی سیم پیچ افزایش می دهند[۱۶] علاوه بر این خنک کردن با آب نسبتا در به هم پیوستن این نوع آرایش سیم پیچ آسانتر است و باعث می شود که ۱۰۰ برابر ظرفیت بار از ماشین استفاده کنند[۶].

در شرایط رهایی ساختمان، ساختمان حفاظ استاتور می تواند از یک ماده غیر رسانا و غیر مغناطیسی مانند رزین اپوکسی یا پلی ونیل کلراید ساخته شود[۶-۸]. علاوه بر این روتور و استاتور هر دو می توانند یک محور یا آرایش هم مرکز باتوجه به هم داشته باشند پیکر بندی های محور ممکن است طبقات مختلفی از روتور و استاتور را داشته باشند که در این حالت تعداد دیسک های روتور می تواند بالاتر از تعداد دیسک های استاتور باشد. در این روش تنها دیسک های انتهایی هستند چون مسیر شار مغناطیسی از انتهای یک دیسک به دیگری می رود و در چنین پیکر بندی چگالی فاصله هوایی را افزایش می دهد و از این رو نیروهای معمولی میان دیسک های روتور به پیچیدگی سر هم بستن اضافه می شود[۵] به عبارت دیگر پیکر بندی هم مرکز با یک استاتور و یک روتور نیروهای نرمال بسیار کوچکتری در فاصله هوایی دارد به علاوه آنها سیم پیچی غیر مشترک ساده دارند و به صورت بالقوه برای ساخت و سرهم بندی ساده تر هستند و در مقایسه با ماشین محوری شکل های این چنین پیکر بندی طراحی و روش آنالیز پیچیده آن به دلیل مسیر شار مغناطیسی اجباری ضعیف آن می باشد. آنالیز تحلیلی مدل های شار مغناطیسی غیر محدود متصل شده به وسط بخش PM مناسب نیستند زیرا با این کار موفق نمی شود شامل تاثیرات شار ۳ بعدی از قبیل تاثیرات حاشیه ای (لبه ای) و نشت باشد [۲۰]. مقالات فاقد یک تعریف طراحی مناسب استفاده از آنالیز سه بعدی فراگیرو بهینه سازی در این دسته از ماشین ها می باشند.

محققان [۲۹-۳۰] گزارش داده اند که ماشین های الکتریکی بدون آهن که در اصل بر مبنای PM هستند همین طور می توانند به ضریب توان بالا و پیاده سازی ارزان طرح های کنترل مختلف برسند این مقاله متودولوژی طراحی، آنالیز و بهینه سازی جامع کلاس ماشین های الکتریکی با غالبا شار مغناطیسی سه بعدی را ارائه می دهد. این روش به وسیله مطالعه بر روی پیکربندی ماشین بدون آهن استاتور معتبر گشته است بخش دوم طرح کلی اصول، روش طراحی و خصوصیات پیکر بندی ماشین مورد نظر را ارائه می دهد. آنالیز جامع برای مدار مغناطیسی و بهینه سازی آن در بخش ۴ ارائه شده است. بخش پنجم آنالیز و بهینه سازی طرح مدار الکتریکی را ارئه می دهد و در پایان بخش ششم به طور خلاصه خصوصیات عملکرد و تاثیر مواد تکنولوژی های ماشین بدون آهن مختلف را بیان می کند. بخش هفتم نتیجه گیری این مقاله می باشد.

 

 

تصویر صفحه اول مقاله:

 

 

 

 

 

تصاویر فایل ترجمه مقاله:

  

 

 

  • این مقاله مربوط به ماشین های الکتریکی آهنربای دائم است و متنی که در این پست خواندید ترجمه دو صفحه از فایل pdf این مقاله می باشد.برای دریافت فایل pdf  این مقاله که ۱۲ صفحه می باشد میتوانید از باکس مربوط به دانلود آن را دریافت کنید و برای خرید ترجمه این مقاله که ۲۸ صفحه و در قالب فایل Word می باشد از آیکون زیر اقدام کنید.

 

 

خرید آنلاین ترجمه مقاله:

کليک جهت خريد کالا ، به منظور پذيرش قوانين و مقررات سايت مي باشد .

 

 

  • فرمت فایل : Word و pdf –  تعداد صفحات به ترتیب: ۲۸ و ۱۲ صفحه
  • حجم فایل :   حجم  ۳٫۴۴ مگا بایت
  • برای دانلود مقالات بیشتر در گرایش قدرت اینجا کلیک کنید.

درصورت بروز مشکل در هنگام خرید با ایمیل زیر در ارتباط باشید.

ایمیل مدیریت پارسی برق : admin@parsibargh.com