بهینه سازی ادوات الکتروکغناطیسی با استفاده از روش جریان سطحی
چکیده
اغلب طراحان ماشین های الکتریکی به بهینه سازی ادوات الکترومغناطیسی توجه کرده و تلاش می کنند راندمان، ضریب توان و ... آن ها را اصلاح کنند. طراحی و شکل بندی ادوات الکترومغناطیسی برای طراحان مسئله مهمی است که بایستی این هدف با روش مناسبی ارائه گردد. در این راستا باید معادلات میدان به یکی از روش های عددی حل شده و میدان الکترومغناطیسی مورد تحلیل قرار گیرد، تا با درنظر گرفتن پارامتر های میدان مغناطیسی محاسبه شده بتوان تغییرات مناسبی در طراحی ایجاد کرد و بهینه سازی ادوات الکترومغناطیسی را بهبود بخشید. روش جریان سطحی ((scm)surface current method) یکی از روش های حل عددی برای تحلیل و بررسی میدان های الکترومغناطیسی است که بر اساس جایگزین کردن مرزهای ماده فرومغناطیسی با منابع جریان سطحی و محاسبه کردن تعداد و مقدار این چگالی ها پایه ریزی شده است. چگالی شار در هر نقطه از محیط حل مسئله برابر اثر منابع جریان و چگالی های جریان سطحی بر روی مرز است و چون جریان های سطحی در این روش محاسبه شده اند، نیرو براحتی از روش قانون نیروی لورنتز محاسبه می شود. روش اجزاء محدود ((fem)finite element method) در حالت کلی دارای حل عددی با دقت بسیار خوبی است، اما اگر ابعاد مسئله بزرگ باشد، تعداد مش های مورد استفاده برای رسیدن به دقت مورد نظر و مدت زمان حل فوق العاده طولانی می شود و گاهی بدلیل بعد بزرگ ماتریس های ایجاد شده واگرایی رخ می دهد. بنابراین استفاده از fem در بهینه سازی برخی ادوات الکترومغناطیسی که نیاز به تحلیل های مکرر دارند، گزینه مناسبی نیست. روش جریان سطحی (scm) با حل معادلات الکترومغناطیس و استفاده از مش های یک بعدی، در مورد بهینه سازی ادوات الکترومغناطیسی می تواند مورد استفاده قرار گیرد و با مدیریت آسان در شکل بندی هندسی ادوات الکترومغناطیسی، این هدف را انجام می دهد. scm مانند یک ابزار طراحی، کارایی ماشین های الکتریکی را اصلاح می کند و با تغییرات در طراحی این ماشین ها، بهینه سازی را انجام می دهد. در این پایان نامه ابتدا به مطالعه و بررسی دقیق روابط موجود در scm و روش به کار گرفته شده در آن پرداخته می شود. سپس با در نظر گرفتن این روابط به شبیه سازی و استفاده از این روش پرداخته خواهد شد. در این رساله به بررسی و محاسبه توزیع میدان مغناطیسی چهار نوع ماشین الکتریکی با استفاده از scm پرداخته می شود. سه نوع ساختار قطعه الکترومغناطیسی ساده، موتور رلوکتانسی تکفاز و رله الکترومغناطیسی مورد مطالعه قرار گرفته اند که پاسخ های آنها با fem مقایسه شده اند. بهینه سازی رله الکترومغناطیسی در دو حالت ساختاری یکبار بدون آهن ربا و بار دیگر با اضافه کردن آهن ربا به ساختار آن توسط دو الگوریتم بهینه سازی ژنتیک و الگوریتم جستجوی مستقیم انجام شده است و نتایج با حل پارامتری در fem مقایسه شده است. الگوریتم ارائه شده در این پایان نامه بر روی رله الکترومغناطیسی اعمال شده است. از نتایج بدست آمده مشخص است که با استفاده از الگوریتم ارائه شده، ادوات الکترومغناطیسی قادر به بهینه سازی خواهند بود و با توجه به تابع هدف مورد نظر این بهینه سازی انجام می گیرد. الگوریتم ارائه شده در این پروژه برای بهینه سازی ادوات الکترومغناطیسی انعطاف پذیر بوده و قابلیت اجرا بر روی هر قطعه دلخواه را دارد.