توصيفگر ها :
موتور سوئيچ رلوكتانس , سرعت بالا , تحليل چند فيزيكه , ولتاژ مغناطيس زدايي , ريپل گشتاور , ارتعاش , نويز صوتي
چكيده فارسي :
موتورهاي الكتريكي بر جنبه¬هاي مختلف زندگي ما تأثير مي¬گذارند. ما از موتورهاي الكتريكي در كاربردهاي متعددي مانند تهويه هوا، يخچال، ماشين لباسشويي، فن، جاروبرقي و در كاربردهاي صنعتي به وفور از آن¬ها در ابزارهاي ماشينكاري، جرثقيل¬ها، پمپ¬ها و كمپرسورها استفاده مي¬كنيم. ايده اصلي ماشين سوئيچ رلوكتانس در سال 1838 مطرح شد، اما به دليل عدم پيشرفت تكنولوژي ادوات الكترونيك قدرت مورد توجه قرار نگرفت. با ظهور كليدهاي نيمه هادي سريع، با راندمان بالا، پر قدرت و كم هزينه و نيز هم¬چنين پيشرفت در فناوري¬هاي مدارهاي مجتمع، آنالوگ و ديجيتال؛ استفاده از اين موتور در چند سال اخير در بازه وسيعي از كاربردهاي صنعتي و خانگي مورد توجه قرار گرفته است. در دو دهه گذشته ماشين¬هاي سوئيچ رلوكتانس را در بسياري از زمينه¬ها مانند خودرو سازي، هوا نوردي و كاربردهاي فضايي كه در آن ماشين¬هاي الكتريكي بايد تحت شرايط محيطي سخت و الزامات با قابليت اطمينان بالا كار كنند؛ بر بسياري از ماشين¬هاي الكتريكي ترجيح داده شده اند.ماشين سوئيچ رلوكتانس تحمل خطا و محدوه سرعت بالايي دارد. با اين حال، از چندين معايب از جمله ارتعاش زياد، نويز صوتي و ريپل گشتاور رنج مي¬برد. بنابراين، نويز صوتي گسترش آن را در برنامه¬هاي كاربردي حساس به نويز محدود كرده است. به همين منظور حل مشكل نويز صوتي و ارتعاش ماشين سوئيچ رلوكتانس براي كاربرد گسترده آن از اهميت بالايي برخوردار است. با مقايسه بين ماشين¬هاي القائي، مغناطيس دائم و سوئيچ رلوكتانس مشاهده مي¬شود، كه ارتعاش بالا به عنوان نقطه ضعف اصلي ذكر شده است. عليرغم اين كه ماشين سوئيچ رلوكتانس با راندمان بالاتري نسبت به ماشين¬هاي القائي و راندمان قابل مقايسه با مغناطيس دائم در سرعت¬هاي بالا عمل مي¬كند، نويز صوتي و ارتعاش در ماشين سوئيچ رلوكتانس عمدتا به اصل توليد گشتاور منحصر به فرد و ساختار دوبل برجسته آن نسبت داده مي¬شود. انتشار نويز صوتي در ماشين سوئيچ رلوكتانس يك پديده چند فيزيكه است، كه فرآيند تحريك جريان، ميدان مغناطيسي، نيروي شعاعي، ارتعاش شعاعي، نويز صوتي را تجربه مي¬كند. منابع، وقوع پديده ارتعاش نيز در چهار گروه مختلف از جمله منابع مكانيكي، آيروديناميكي،الكترونيكي و الكترومغناطيسي طبقه بندي شده اند. اين موضوع از دو منظر متفاوت مورد توجه قرار گرفته است. به طور كلي راه حل¬ها را مي¬توان به دو دسته روش¬هاي مبتني بر طراحي يا كنترل دسته بندي كرد. در اين پژوهش نيروي الكترومغناطيسي شعاعي كه عامل اصلي ارتعاش و نويز در ماشين سوئيچ رلوكتانس مي¬باشد، براي فرآيند تحليل چندفيزيكه در نظر گرفته شده است. پس از ارائه مباني ارتعاش و نويز صوتي، براي شبيه سازي نويز صوتي در ماشين سوئيچ رلوكتانس، رويكرد مدل سازي عددي براي تحليل نويز صوتي ارائه مي‌شود. در موتور سوئيچ رلوكتانس سرعت بالا ، ايجاد جريان تحريك مناسب و مغناطيس زدايي به دليل مدت زمان كوتاه براي تحريك و مغناطيس زدايي در ناحيه سرعت بالا دشوار است. اگر جريان فاز تحريك نتواند در طول دوره افزايش اندوكتانس فاز به مقدار مورد نظر برسد، موتور سوئيچ رلوكتانس نمي¬تواند گشتاور خروجي كافي توليد كند. هم¬چنين، جريان مغناطيس زدايي ممكن است به جريان دنباله دار تبديل شود كه به دليل مدت زمان مغناطيس زدايي، گشتاور منفي توليد مي¬كند. به منظور اطمينان از عملكرد سيستم درايو ماشين سوئيچ رلوكتانس با سرعت بالا، روند كاهش جريان با مغناطيس زدايي سريع ضروري است. در اين پژوهش پس از طراحي موتور سوئيچ رلوكتانس سرعت بالا، يك مبدل با قابليت مغناطيس زدايي سريع ارائه شده است. با در نظر گرفتن مبدل با قابليت مغناطيس زدايي سريع، نرخ تغييرات ولتاژ در لحظه كموتاسيون افزايش مي¬كند. افزايش نرخ تغييرات ولتاژ در لحظه كموتاسيون منجر به افزايش نرخ تغييرات نيروي شعاعي و افرايش ارتعاش خواهد شد، لذا روش كاهش ولتاژ نرم با ايجاد سطوح مختلف ولتاژ براي بهبود تغيير ناگهاني ولتاژ انجام مي¬شود. چگالي نيروي سطحي، مولفه¬هاي هارمونيكي نيروي شعاعي،فركانس¬هاي اجباري و طبيعي، ارتعاش و نويز صوتي تجربه شده توسط استاتور و بدنه از روش مدل¬سازي عددي در حالت¬هاي مغناطيس زدايي با ولتاژ معادل لينك دي سي، دو برابر لينك دي سي و ولتاژ نرم مقايسه خواهند شد.
چكيده انگليسي :
Electric motors affect different aspects of our life. We use electric motors in many applications such as air conditioners, refrigerators, washing machines, fans, vacuum cleaners and in industrial applications they are abundantly used in machine tools, cranes, pumps and compressors. The use of this motor has been noticed in a wide range of industrial and domestic applications in recent years. The switched reluctance machine has high fault tolerance and high-speed range. However, it suffers from several disadvantages including high vibration, acoustic noise and torque ripple. Therefore, acoustic noise has limited its expansion in noise-sensitive applications. For this purpose, solving the problem of acoustic noise and vibration of the switched reluctance machine is of great importance for its wide application. By comparing between induction motor, permanent magnet motor and switched reluctance motor, high vibration is mentioned as the main disadvantage. Despite the fact that the switched reluctance machine operates with a higher efficiency than the induction machine and the efficiency is comparable to the permanent magnet at high speeds, Acoustic noise and vibration in switched reluctance machine are mainly attributed to the principle of unique torque generation and prominent dual structure. Acoustic noise emission in switched reluctance machine is a multi-physics phenomenon, which experiences current excitation process, magnetic field, radial force, radial vibration, acoustic noise. The sources of the occurrence of vibration phenomenon are also classified in four different groups including mechanical, aerodynamic, electronic and electromagnetic sources. This issue has been considered from two different perspectives. In general, the solutions can be classified into two categories of methods based on design or control. In this research, the radial electromagnetic force, which is the main cause of vibration and noise in the switched reluctance machine, is considered for the multi-physics analysis process. After presenting the basics of vibration and acoustic noise, to simulate the acoustic noise in the switched reluctance machine, a numerical modeling approach for acoustic noise analysis is presented. In the high-speed switched reluctance motor, it is difficult to generate a suitable excitation and demagnetization current due to the short time for excitation and demagnetization in the high-speed region. If the excitation current cannot reach the desired value during the inductance increase period, the switched reluctance motor cannot produce enough output torque. Also, the demagnetization current may turn into a sequence current that produces a negative torque due to the duration of the demagnetization. In order to ensure the operation of the high-speed switched reluctance machine drive system, the current reduction process with fast demagnetization is necessary. In this research, after designing a high-speed switched reluctance motor, a converter with fast demagnetization capability is presented. Considering the converter with fast demagnetization capability, the voltage change rate increases at the moment of commutation. An increase in the rate of voltage changes at the moment of commutation will lead to an increase in the rate of radial force changes and increase in vibration, so the soft voltage reduction method is done by creating different voltage levels to improve the sudden voltage change. Surface force density, harmonic components of radial force, forced and natural frequencies, vibration and acoustics noise experienced by stator and frame from numerical modeling method in demagnetization states with voltage equivalent to DC link, double DC link and soft voltage will be compared.
