در این مقاله شار مغناطیسی سه بعدی در ترانس تک فاز وسه فاز با هسته مدولار آمورفوس مورد مطالعه قرارگرفته است.پتانسیل های اسکالر برای محاسبات سه بعدی المان محدود میدان به کار گرفته شده است.با توجه به عدم توانایی برای شبیه سازی هر یک از لایه های نازک آمورف،ما به معرفی پرمابیلیتی تکمیلی در جهت اصلی مغناطیسی پرداخته ایم.محاسبات شار در هسته روی مدل نمونه آزمایش شده است
چکیده:
در این پایان نامه ابتدا ماشین های سنکرون مغناطیس دائم مورد بررسی قرار گرفته اند. کنترل ماشین های PMSM به علت نیاز به داشتن حسگرهای با دقت بالا که گرانقیمت می باشند و همچنین محدودیت هایی را در زمینه شرایط استفاده (حسگرها در محیط های پر گرد و غبار و همچنین محیط های با رطوبت بالا کارایی لازم را ندارند علاوه بر این موجب افزایش حجم و قیمت تمام شده سیستم محرکه می شوند و قابلیت اطمینان سیستم را پایین می آورند) به وجود می آورند دشوار است و استفاده از روش های بدون حسگر به شدت احساس می شود. کنترل بدون حسگر مزایای زیادی دارد که می توان به کاهش قیمت سیستم محرکه و بالا رفتن قابلیت اطمینان و کاهش نسبت حجم به قدرت موتور اشاره نمود. در این پروژه انواع مختلف روش های کنترل بدون حسگر معرفی شده و از بین آنها روش های بر پایه مشاهده گرها به علت دارا بودن مزایای بیشتر انتخاب شده و برای یک سیستم محرکه با موتور سنکرون مغناطیس دائم شار محوری پیاده سازی شده اند. مدل ریاضی موتور شبیه سازی شده و یک سیستم کنترلی برای سرعت و جریان انتخاب شده تا موتور را با حداکثر گشتاور در کوتاه ترین زمان به حالت ماندگار با مشخصات سرعت و گشتاور مرجع اعمال شده برساند. دو الگوریتم فیلتر در این پروژه مورد بحث قرار گرفته که عبارتست از الگوریتم کالمن بسط داده شده و الگوریتم کالمن Unsected و ایندو بعد از اعمال به موتور نتایج دینامیکی و حال ماندگار مناسبی از خود نشان داده اند و در انتها مقایسه دقیقی با استفاده از شاخص های مختلف ارائه شده است و نکات قدرت و ضعف هرکدام به روشنی بیان شده است.
مقدمه:
در دهه های اخیر با کشف مواد مغناطیس دائم جدید ماشین های مغناطیس دائم در محرکه های با سرعت متغیر اهمیت ویژه ای پیدا کرده اند. این ماشین ها به علت راندمان بالا و قابلیت کار در سرعت های کم و زیاد کاربردهای ویژه ای در صنایع پیدا کرده اند و به هیمن سبب بحث کنترل آنها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. موتورهای مغناطیس دائم شار محوری نیز از جمله موتورهایی می باشد که به علت خواص ویژه مورد توجه بسیار قرار گرفته اند که می توان به ساختار با قطر زیاد و طول کم آن اشاره نمود که آنها را برای کار در خودروهای الکتریکی بسیار ایده آل می سازد. همچنین به علت قطر زیاد می توان آنها را در تعداد قطب های زیاد ساخت که دستیابی به سرعت های کم را امکان پذیر می سازد و در کاربردهای بدون جعبه دنده می تواند بسیار مفید واقع گردند. این ماشین ها برای کار در حالت ماندگار و سرعت های متغیر نیازمند حسگرهای تشخیص دهنده سرعت و موقعیت روتور برای تولید فرمان آتش کلیدهای منبع تعذیه فرکانس متغیر می باشند. حسگرها ابزارهای حساس و گرانقیمتی هستند و علاقه مندی زیادی به حذف آنها وجود دارد. در این پروژه پیاده سازی دو روش با استفاده از مشاهده گر، انجام گرفته و از روی شبیه سازی های انجام گرفته نتایج به دست آمده مورد تحلیل و بررسی قرار خواهد گرفت. روند انجام پروژه به این صورت می باشد که در فصل اول روش های مختلف کنترل بدون حسگر به طور خلاصه بررسی شده و در فصل دوم نحوه مدلسازی یک ماشین سنکرون مغناطیس دائم شار محوری به طور مفصل بیان شده و روابط مربوطه به دست آمده است و این مدل در نرم افزار MATLAB/Simulink شبیه سازی شده و با اعمال یک ولتاژ سه فاز به استاتور آن و ثبت ورودی ها و خروجی های موتور صحت مدل به دست آمده مورد ارزیابی قرار گرفته است. در فصل سوم با استفاده از مدل موتور به دست آمده در فصل دوم بحث مفصلی در مورد کنترل کننده سرعت و جریان انجام شده و یک کنترل کننده مناسب انتخاب و پیاده سازی شده است و به این ترتیب سیستم محرکه به موتور اضافه شده و محرکه با استفاده از حسگرهای سرعت و موقعیت (یعنی همان سرعت و موقعیت اندازه گیری شده از مدل موتور) راه اندازی شده و کارایی آن مورد ارزیابی قرار گرفته است. و در فصل چهارم با حذف اندازه گیری های سرعت و موقعیت و استفاده از الگوریتم فیلتر کالمن و اندازه گیری از جریانها و ولتاژهای ماشین سرعت و موقعیت لحظه ای موتور تخمین زده شده و به طور موفقیت آمیزی در کنترل کننده مورد استفاده قرار گرفته است. نتیجه گیری های انجام گرفته از روی نتایج به دست آمده از شبیه سازی ها در انتهای فصل چهارم و فصل پنجم آورده شده است.
تعداد صفحه : 124
چکیده:
جمله ماشین مغناطیس دائم شار محوری AFPM در این بررسی تنها به ماشین های مغناطیس دائم با روتورهای نوع صفحه ای (دیسکی) اشاره دارد دیگر توپولوژی های ماشین های AFPM نظیر ماشین های شار متقاطع (Torus) که ساختاری صفحه ای دارند مد نظر ما نیستند. در اصل، طراحی الکترومغناطیسی ماشین های AFPM مشابه همتای شار شعاعی PM یعنی RFPM با روتورهای استوانه ای می باشد. طراحی مکانیکی، تحلیل حرارتی و روند سرهم بندی در این مورد بسیار پیچیده تر است.
ماشین AFPM که ماشین نوع دیسکی هم نامیده می شود یک جایگزین خوب برای ماشین RFPM استوانه ای می باشد. چون شکل آن حالت پهن و صفحه ای دارد و ساختار آن جمع و جور و متراکم است و چگالی شار آن بالاست. موتورهای AFPM به طور ویژه ای برای وسایل حمل و نقش الکتریکی EV ها و پمپ ها و دمنده ها و کنترل شیرها و دستگاه های گریز از مرکز و ابزارهای ماشین کاری و تراش و ربوت ها و تجهیزات صنعتی مناسب است. قطر بزرگ روتور با ممان اینرسی بالا می تواند به عنوان یک چرخ طیار (Flywheel) به کار گرفته شود (چرخ طیار چرخ سنگینی است که سرعت ماشین را تثبیت می کند). همچنین ماشین های AFPM می توانند به عنوان ژنراتورهای توان کوچک یا متوسط به کار گرفته شوند. از آنجایی که می توان تعداد زیادی قطب برای آنها در نظر گرفت و در ساختار موتور جای داد این ماشین ها برای کار در سرعت های پایین ایده آل هستند به عنوان مثال می توان از درایوهای کششی الکترومکانیکی یا بالابرها و همچنین مولدهای بادی را نام برد.
ساختار صفحه ای روتور و استاتور ماشین های AFPM آنها را قادر می سازد تا طرح های مختلفی برای آنها ایجاد گردد. ماشین های AFPM می توانند در طرح های تک فاصله هوایی یا با فاصله هوایی چندگانه طراحی شوند یا اینکه با آرمیچر شیاردار یا بدون شیار و یا حتی مدل های بدون آرمیچر. ماشین های توان پایین AFPM معمولا به عنوان ماشین های با سیم پیچ بدون شیار و مغناطیس دائم های سطحی طراحی می شوند.
با افزایش توان خروجی ماشین های AFPM سطح تماس میان روتور و شفت، متناسب با توان کوچکتر می شود. طراحی اتصال مکانیکی شفت و روتور باید با احتیاط و دقت فراوانی انجام گیرد زیرا علت خرابی ماشین های دیسکی معمولا همین موضوع است. در بعضی از موارد روتورها در اجزای انتقال توان قرار داده می شوند تا تعداد قطعات، حجم، جرم، انتقال توان و زمان سرهم بندی بهینه شوند. برای وسایل حمل و نقل الکتریکی (EV) موتورهای چرخ داخلی بهتر است چون سیستم درایو الکترومکانیکی ساده تر می باشد و موجب بالا رفتن راندمان و قیمت کمتر می شود.
در اکثر کاربردها از ماشین های AFPM به عنوان یک موتور DC بی جاروبک استفاده می کنند. کد کننده ها (Encoder) و دیگر حسگرهای موقعیت روتور بخش حیاتی موتورهای صفحه ای بی جاروبک می باشند.
تاریخچه ماشین های الکتریکی نشان می دهد که اولین ماشین ها، ماشین های شار محوری بودند (M.Faraday در سال 1831، یک مخترع بی نام و نشان با علامت اختصاری P.M در سال 1832، W.Ritchie در سال 1833، B.Jacobi در سال 1834 از جمله افرادی بودند که ماشین های شار محوری را ساخته بودند) با این وجود بعد از آنکه T.Davenport در سال 1837 اولین امتیاز را برای ماشین با شار شعاعی به صورت قانونی ثبت نمود، به سرعت ماشین های شار شعاعی مرسوم و به طور گسترده ای به عنوان پیکربندی عام و معمول برای ماشین های الکتریکی مورد قبول قرار گرفتند. اولین نمونه ابتدایی ماشین شار محوری که کار می کرد توسط M.Faraday در سال 1831 به ثبت رسیده است. ساختار نوع دیسکی ماشین های الکتریکی توسط N.Tesla در امریکا به ثبت رسیده است که منجر به نام گذاری موتور الکترومغناطیسی و انتشار آن در سال 1889 شد. دلایل کنار گذاشته شدن ماشین های شار محوری به طور خلاثه در زیر آورده شده است:
– نیروی جاذبه مغناطیسی محوری قوی میان استاتور و روتور
– مشکلات تولید، از جمله برش شیارها و سوراخ ها روی هسته های متورق و دیگر روش های ساخت هسته های استاتور شیاردار
– هزینه های بالا در ساخت هسته های استاتور متورق
– مشکلات در سرهم بندی ماشین و یکسان نگه داشتن فاصله هوایی در تمام نقاط
اگرچه در ابتدا سیستم تحریک PM در ماشین های الکتریکی به کار گرفته شده بود، یعنی در دهه 1830 ولی کیفیت پایین مواد مغناطیسی سخت موجب از رده خارج شدن استفاده از آنها شد. اختراع Alinco در سال 1931 و فریت باریم در سال 1950 و مخصوصا ماده (NdFeB) که در سال 1983 نامگذاری شد موجب بازگشت سیستم تحریک مغناطیس دائم شد.
عموما باور بر این است که قابلیت در دسترس بودن مواد PM با انرژی بالا و مخصوصا PM های کمیاب مهمترین نیروی محرکه برای بهره گیری از توپولوژی های جدید ماشین PM و همچنین احیا دوباره ماشین های AFPM می باشد. قیمت PM های کمیاب در دو دهه اخیر یک منحنی نزولی را طی می کند که در سه سال انتهایی قرن بیستم شیب بسیار تیزی را داشته است. برآورد اخیر در بازار نشان می دهد که PM های NdFeB با قیمتی کمتر از 20 دلار به ازای هر کیلوگرم از شرق دور قابل خریداری است. با در دسترس بودن مواد PM ماشین های AFPM نقش بسیار مهمی را در آینده نزدیک ایفا خواهند نمود.
تعداد صفحه : 200