شماره راهنما :
1963 دكتري
پديد آورنده :
فرهاديان، معين
عنوان :
مدلسازي، طراحي بهينه و ساخت موتور سنكرون رلوكتانسي براي كاربردهاي مختلف
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
هفده، 139ص.: مصور، جدول
استاد مشاور :
بابك فهيمي، بهزاد ميرزائيان دهكردي
توصيفگر ها :
موتور سنكرون رلوكتانسي , موتور سنكرون رلوكتانسي خودراه انداز , نگاشت همديسي , مدار معادل مغناطيسي , مدلسازي تحليلي , بهينه‌سازي
استاد داور :
آرش كيومرثي، احمدرضا تابش، جواد فيض
تاريخ ورود اطلاعات :
1401/08/03
دانشكده :
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1401/08/03
چكيده فارسي :
امروز از موتورهاي سنكرون رلوكتانسي و موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه انداز به عنوان رقيبي براي جايگزيني موتورهاي القايي در كاربردهاي سرعت متغير و سرعت ثابت ياد مي‌شود. ساده‌تر بودن فرآيند ساخت و داشتن بازده بالاتر به دليل حذف قفس القايي، موتورهاي سنكرون رلوكتانسي را به گزينه مناسبي براي جايگزيني موتورهاي القايي در كاربردهاي داراي درايو كرده است. موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز نيز به دليل بازده بالا و عملكرد در سرعت سنكرون، گزينه مناسبي براي كاربردهاي سرعت ثابت مانند فن‌ها و پمپ‌ها هستند. يافتن حالتي بهينه براي روتور كه كمترين ريپل گشتاور و بيشترين متوسط گشتاور را بتوان از آن استخراج كرد، هدفي زمان‌بر است كه در طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي دنبال مي‌شود؛ زيرا نيازمند ارزيابي عملكرد موتور در نقاط متعدد به ازاي حالت‌هاي مختلف متغيرهاي طراحي است. بنابراين نياز به يك مدل تحليلي كه سرعت حل بالايي داشته و در عين حالت با دقت مناسب ماهيت پپيچيده موتور را مدل كند، ضروري به نظر مي‌رسد. چالش اصلي در طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي خودراه انداز، ايجاد مصالحه بين عملكرد حالت پايدار و گذرا است، زيرا حالت بهينه سدكننده‌هاي شار و قفس القايي كه به ترتيب عملكرد حالت پايدار و گذراي موتور را تعيين مي‌كنند، با هم در تعارض هستند.
يكي از اهداف اين رساله ارائه مدل تحليلي براي محاسبه ميدان مغناطيسي فاصله هوايي موتور سنكرون رلوكتانسي است تا با كمك آن بتوان با سرعت بالا عملكرد موتور را ارزيابي كرده و كمينه سازي ريپل گشتاور موتور را با آن انجام داد. اين كار با استفاده از تركيب روش نگاشت همديسي و روش مدار معادل مغناطيسي انجام شده است. مدل تحليلي پيشنهادي قابليت در نظر گرفتن اثر شيارهاي استاتور و سدكننده‌هاي شار روتور را در مولفه شعاعي و مماسي ميدان فاصله هوايي دارد و همچنين امكان لحاظ كردن اثر اشباع هسته با در نظر گرفتن چرخش روتور را فراهم مي‌كند. مقايسه نتايج روش پيشنهادي با نتايج آناليز المان محدود دوبعدي صورت گرفته است.
از ديگر اهداف اين رساله شناسايي تابع ريپل گشتاور موتور سنكرون رلوكتانسي و اتخاذ الگوريتم بهينه‌سازي متناسب با آن است. با توجه به سرعت بالاي مدل تحليلي از آن براي استخراج تابع ريپل گشتاور موتور سنكرون رلوكتانسي استفاده شده است. با توجه به شكل تابع ريپل گشتاور كه داراي چندين بهينه محلي است، الگوريتم بهينه‌سازي مولتي مودال كه متناسب با ساختار تابع هدف است براي كاهش ريپل گشتاور استخراج شده است. نمونه موتور سنكرون رلوكتانسي طراحي شده با الگوريتم بهينه‌سازي مولتي مودال و روش پيشنهادي، ساخته شده است. نتايج تست آزمايشگاهي نشان دهنده قابليت روش پيشنهادي براي طراحي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي است.
از ديگر اهداف اين رساله طراحي موتور سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز با راندمان بالا است. براي اين منظور با استفاده از مدل تحليلي پيشنهادي، سه طرح مختلف روتور سنكرون رلوكتانسي كه از نظر متوسط و ريپل گشتاور بهينه هستند به عنوان پايه طراحي موتور سنكرون رلوكتانسي خودراه‌انداز در نظر گرفته شده و قفس القايي با ميله‌هاي مسي مستطيلي براي آن‌ها طراحي شده است. علي‌رغم عملكرد حالت پايدار مشابهي كه روتورهاي بهينه سنكرون رلوكتانسي از خود نشان مي‌دهند، عملكرد حالت گذراي آن‌ها با اضافه شدن قفس القايي متفاوت است. در ميان طراح‌هاي بهينه مختلف، روتور با كمترين ميزان مصرف مس براي ساخت انتخاب شده است. نتايج تست با شبيه سازي تطابق خوبي داشته است.
چكيده انگليسي :
Despite many efforts being devoted to simplify the analysis of Synchronous Reluctance Motors (SynRM), the use of analytical methods to calculate torque ripple in these machines remains an ongoing challenge. In this dissertation, the electromagnetic characteristics of a SynRM are obtained using the combined conformal mapping (CM) and magnetic equivalent circuit (MEC) method. The proposed combination makes it possible to take into account the effects of stator slots, rotor flux barriers (FBs), and core saturation in modeling of the radial and tangential field components. The behavior of the torque ripple function of the SynRM is obtained by changing the angles of FBs. The torque ripple function of the SynRM serves as the multiple and close local optima. By identifying the behavior of this function, the Comprehensive Learning Particle Swarm Optimization (CLPSO) algorithm, applied in solving multimodal functions, is adopted to reduce the torque ripple. The results indicate that compared to PSO, the global optimization algorithms, the CLPSO algorithm is more efficient in torque ripple reduction and finding more local optima. Among the available optimal solutions with four FBs per pole, a sample design is selected for motor construction. Finite element analysis and laboratory tests are performed to validate the results.
Line-start synchronous reluctance motors achieve high efficiency as the SynRMs and starting ability like the induction motors. Three SynRMs for line-start application are designed to achieve maximum efficiency at steady-state. The induction cage is constructed with rectangular bars and installed inside flux barriers to minimize the change in the steady-state reluctance torque. Although these rotor types have almost the same steady-state performance, they can synchronize with different cage bar lengths. The rotor with the lowest copper consumption is selected for manufacturing. The experimental results are in good agreement with simulation results.
استاد مشاور :
بابك فهيمي، بهزاد ميرزائيان دهكردي
استاد داور :
آرش كيومرثي، احمدرضا تابش، جواد فيض
