پایان نامه ارشد برق طراحی بهینه موتور جریان مستقیم بدون جاروبک به منظور کاهش گشتاور دندانه ای

اختصاصی از سورنا فایل پایان نامه ارشد برق طراحی بهینه موتور جریان مستقیم بدون جاروبک به منظور کاهش گشتاور دندانه ای دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده:
در موتور های جریان مستقیم بدون جاروبک گشتاور دندانه ای در اثر عکس العمل بین آهنرباهای رتور و دندانه های استاتور ایجاد می شود. این گشتاور در موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک باعث ایجاد نویز و لرزش می شود. از آنجا که در بارهای حساس به یک گشتاور صاف نیاز است، بنابراین باید این ریپل گشتاور را کاهش دهیم. گشتاور دندانه ای را می توان به روش های مختلفی از جمله انحراف دندانه های استاتور، قطعه قطعه کردن آهنربای دائم، استفاده از شیارهای مصنوعی و … کاهش داد. بعضی از این روش ها عملی نمی باشند و برخی پر هزینه هستند اما تعدادی از آنها ساده، ارزان و مؤثر می باشند.
علاوه بر ایجاد روش های جدید برای کاهش گشتاور دندانه ای می توان به منظور کاهش گشتاور مذکور پارامترهای موتور را بهینه نمود. روش های مختلفی برای بهینه سازی وجود دارد که از جمله می توان به الگوریتم ژنتیک ، کلونی مورچه ها ، شبکه های عصبی ، الگوریتم کاهش دامنه و طراحی آزمایشات (DOE) اشاره کرد. هر یک از این روش ها دارای مزایا و معایبی می باشند و در موارد خاصی کاربرد دارند. در این پروژه به منظور کاهش گشتاور دندانه ای از روش طراحی آزمایشات استفاده شده است. یکی از مهمترین مزایای روش طراحی آزمایشات امکان استفاده از آن در مواردی است که رابطه ریاضی دقیقی بین متغییرها و هدف وجود ندارد، می باشد. انتخاب این روش برای انجام این پروژه نیز به همین دلیل می باشد.در این پروژه دو روش کاهش گشتاور دندانه ای به وسیله روش طراحی آزمایشات بهینه سازی شده اند. در روش اول اندازه زاویه کمان قطب و اندازه دهانه شیارها به صورت همزمان بهینه شده اند و در روش دوم میزان جابجایی دهانه شیارها در روش جابجایی دهانه شیار، بهینه سازی شده است. بعد از انجام بهینه سازی ها نتایج حاصله بر روی مدل شبیه سازی شده یک موتور مغناطیس دائم به روش اجزاء محدود مورد آزمایش قرار داده شده است تا مشاهده شود که آیا نتایج شبیه سازی ، نتایج بدست آمده از بهینه سازی را تائید می کند. که بررسی نتایج بدست آمده حاکی از درستی بهینه سازی می باشد. می توان مشاهده کرد که هر کدام از این روش ها می تواند گشتاور دندانه ای به میزان 40 تا 70 درصد کاهش دهند.

مقدمه:

موتورهای جریان مستقیم بدون جاروبک BLDC به علت ویژگی های ارزنده ای که دارند، از جمله چگالی گشتاور بالا، میزان صدا کم و … به صورت گسترده در صنعت مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که این موتورها به صورت گسترده در مواردی که نیاز به ریپل گشتاور کمی دارند مانند صنایع رباتیک ، کنترل توان الکتریکی و… مورد استفاده قرار می گیرند، کاهش گشتاوردندانه ای در این موتورها مورد توجه قرار گرفته است. کاهش رپیل گشتاور تنها شامل کاهش گشتاور دندانه ای نمی باشند وتمامی انواع ریپل های گشتاور را شامل می
شود.این کاهش ریپل باید به گونه ای صورت گیرد که متوسط گشتاور مفید کاهش قابل توجهی پیدا نکند و همچنین شکل موج و اندازه Back Emf نیز دچار تغییر زیادی نشود.

واکنش بین دندانه های استاتور و آهنربای دائم سبب ایجاد گشتاور دندانه ای می شود. روش های متفاوتی برای کاهش این گشتاور ارائه شده است. طراحی قوس قطب های مغناطیسی، انحراف آهنرباهای دائم رتور و یا شیار های استاتور، انحراف پله ای آهنرباها، استفاده از شیارهای مصنوعی، جابجایی مغناطیس های دائم، استفاده از دهانه شیار مورب و … از جمله روش های مؤثر در این زمینه می باشند.

تمامی این روش ها باعث کاهش گشتاور دندانه ای می شوند اما بعضی از این روش ها گشتاور اصلی را نیز کاهش می دهندو برخی باعث پیچیده شدن ساختار مغناطیسی استاتور و رتور می شود . همچنین تعدادی از این روش ها باعث تأثیر معکوس برروی اندازه back Emf می شوند و مؤلفه های هارمونیکی مختلفی در  آن ایجاد می کنند.

در فصل اول این مجموعه انواع روش هایی که تا کنون برای محاسبه و کاهش گشتاور دندانه ای ارائه شده است مورد بررسی قرار گرفته و مزایا و معایب هر یک توضیح داده شده است. در انتها نیز به مقایسه و جمع بندی آنها پرداخته شده است. در بخش اول از فصل دوم به بررسی مراحل شبیه سازی یک موتور مغناطیس دائم در نرم افزار Maxwell پرداخته شده و نتایج حاصل از شبیه سازی برای یک موتور نمونه ارائه شده است . در ادامه این فصل روش بهینه سازی DOE مورد بررسی قرار گرفته است. این بخش به بررسی این روش و ارائه مدل های مختلف آن و همچنین معرفی چند نمونه از نرم افزار های ارائه دهنده این روش اختصاص دارد .نرم افزار MiniTab که در انجام این پروژه از آن بهره گرفته شده است در این قسمت به صورت مختصر بررسی می شود. دو روش جدید کاهش گشتاور دندانه ای به همراه نتایج حاصل از آنها در فصل سوم آمده است. یکی از این دو روش بهینه سازی نسبت اندازه کمان قطب به اندازه دهانه شیارها می باشد و روش دیگر جابجایی بهینه دهانه شیار ها نسبت به هم برای کاهش گشتاور دندانه ای می باشد.

تعداد صفحه : 76

فهرست مطالب:

چکیده 1
مقدمه 3
فصل اول : روشهای موجود برای کاهشگشتاور دندانه ای
1.1 . مقدمه 6
1.2 . گشتاوردندانه ای در موتورهای مغناطیس دائم 7
1.3 . روش های عملی برای کاهش گشتاو دندانه ای 8
1.3.1 . شکل آهنربا و روش مغناطیس کردن آن 9
1.3.2 . دهانه شیار ورق های استاتور 11
1.3.3 . یکنواخت بودن ورق های استاتور 12
1.3.4 . استفاده از آهن نرم در بدنه موتور 13
1.3.5 . نامتقارن بودن رتور و تغییر فاصله هوایی 13
1.4 . استفاده از شیارهای مصنوعی برای کاهش گشتاور دندانه ای 14
1.5 . انحراف آهنرباهای رتور 16
1.5.1 . انحراف پله ای آهنرباهای رتور 18
1.6 . بررسی اثر ابعاد شیار و آهنربا بر کاهش گشتاور دندانه ای 19
1.6.1 . اثر عرض قطب 21
1.6.2 . تأثیر نسبت عرض دندانه به شیار 22
1.6.3 . تأثیر جایگذاری آهنربا 23
1.7 . بهینه سازی ضریب قوس قطب برای کاهش گشتاور دندانه ای 24
1.7.1 . تعیین محدوده جواب برای ضریب قوس قطب 25
1.7.2 . بهینه سازی ضریب قوس قطب با استفاده از الگوریتم کاهش دامنه 26
1.8 . تأثیر قطعه قطعه کردن آهنربا بر گشتاور دندانه ای 29
1.9 . روش دهانه شیار مورب 33
1.10 . جمع بندی 35
فصل دوم : مدل سازی ماشین مغناطیسدائم و روشهای بهینه سازی گشتاور دندانه ای
37 (FEM) در روش اجزاء محدود (PM) 2.1 . مدل سازی ماشین مغناطیس دائم
2.1.1 . مشخصات فنی موتور 37
40 DOE 2.2 . روش های بهینه سازی گشتاور دندانه ای و روش
2.2.1 . طراحی آزمایشات 41
44 DOE 2.2.2 . روش
46 RSM 2.2.3 . روش
49 DOE 2.2.4 . نرم افزارهای
فصل سوم : دو روشجدید برای کاهشگشتاور دندانه ای
3.1 . مقدمه 52
3.2 . بهینه سازی نسبت دهانه شیار به زاویه کمان قطب 52
3.3 . بهینه سازی میزان جابجایی دهانه شیارها 57
نتیجه گیری 62
پیشنهادات 63
منابع و ماخذ 64
چکیده انگلیسی 66