طراحی بهینه ی موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تکفاز خودراه انداز بر مبنای برجستگی مغناطیسی

مرتضی حق پرست

چکیده

امروزه موتورهای سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی، یک نوع موتور کاملاً مناسب برای کاربردهای با بازده ی بالا به حساب می آیند. هدف اصلی در پروژه ی حاضر، طراحی بهینه ی یک موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تکفاز خود راه انداز بر مبنای برجستگی مغناطیسی است. در این پروژه پس از انتخاب یک موتور القایی تکفاز به عنوان موتور القایی مرجع، با استفاده از تحلیل اجزای محدود، به طراحی بهینه ی یک موتور خود راه انداز سنکرون رلوکتانسی تکفاز خودراه انداز با همان ساختار استاتور موتور القایی مرجع و همان توان پرداخته شده است. به این منظور مشخصات موتور از جمله جنس و هندسهی ورق های استاتور، طول محوری ماشین، نوع سیم بندی و ... ثابت فرض شده و تنها شکل و تعداد سد کننده های شار رتور بر مبنای نسبت برجستگی و با استفاده از یک الگوریتم خودکار بهینه سازی شده است. سپس با اضافه کردن مقدار مناسبی آهنربا به ساختار بهینه ی بدست آمده برای رتور موتور سنکرون رلوکتانسی، این موتور به یک موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تبدیل شده است. این آهنربا از طریق افزایش نسبت برجستگی و همچنین اضافه کردن گشتاور آهنربایی به گشتاور کلی ماشین، باعث افزایش بازده و چگالی گشتاور آن می گردد. هر دو موتور سنکرون رلوکتانسی و سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی بهینه سازی شده، قابلیت راه اندازی زیر بار و سنکرون شدن را دارا هستند. موتور القایی مرجع نیز می تواند زیر بار راه اندازی شود. از آنجایی که محاسبات اجزای محدود دینامیکی برای بررسی این قابلیت ها و نیز محاسبه ی بازده و ضریب توان در موتور های فوق فرآیندی سنگین و زمان بر است، ابتدا پارامترهای هر سه موتور با استفاده از تحلیل اجزای محدود استاتیکی تخمین زده شده و سپس برای شبیه سازی حالت گذرای ماشین ها از ابزار سیمولینک نرم افزار متلب استفاده شده است. برای شبیه سازی دینامیکی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، مدل های d-q ارائه شده برای موتورهای فوق مورد استفاده قرار گرفته اند. اگرچه مدل های d-q برای موتورهای القایی، سنکرون رلوکتانسی و سنکرون آهنربایی تکفاز ارائه شده است [7]، ولی برای تعمیم آن به موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تکفاز خودراه انداز، باید در این مدل ها تغییراتی اعمال نمود. در این مدل، اثر اشباع تقاطعی نیز در نظر گرفته شده است. در مرحله ی بعد، مقدار ضربان گشتاور دندانه که ناشی از تغییرات رلوکتانس فاصله ی هوایی است، برای هر سه موتور توسط تحلیل اجزای محدود بدست آمده و از روشی برای کاهش آن در دو موتور سنکرون طراحی شده استفاده شده است . برای بررسی صحت نتایج، نتایجِ حالت ماندگار بدست آمده در پایان شبیه سازی دینامیکی با استفاده از سیمولینک نرم افزار متلب با نتایج حالت ماندگار بدست آمده از تحلیل اجزای محدود مقایسه شده اند. در نهایت چگالی گشتاور، بازده، ضریب توان، ضربان گشتاور دندانه و ضربان گشتاور ناشی از برهم کنش مولفه های راست گرد و چپ گرد در سه ماشین مورد نظر با یکدیگر مقایسه شده اند.

اساتید راهنما و مشاور

صمد تقی پور بروجنی، نوید رضا ابجدی