شماره مدرك
21271
شماره راهنما
18213
پديد آورنده
سليماني، رائين
عنوان
ارائه الگوريتم نوين مدلسازي تحليلي ماشين سويچ رلوكتانس با رويكرد بهينه سازي چندفيزيكه
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي
الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1405
صفحه شمار
ده، 127ص. : مصور، جدول، نمودار.
توصيفگر ها
موتور سوئيچ رلوكتانس , طراحي چندفيزيكه , بهينهسازي چندهدفه , مدلسازي تحليلي نوين , تحليل المان محدود , الگوريتم طراحي ماشين سويچ رلوكتانس , بهينه سازي موتور سوبچ رلوكتانس , خوشه بندي , جستجو شبكه اي مقيد
تاريخ ورود اطلاعات
1405/07/04
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
برق قدرت
دانشكده
مهندسي برق و كامپيوتر
تاريخ ويرايش اطلاعات
1405/07/06
كد ايرانداك
23250949
چكيده فارسي
موتور سوئيچ رلوكتانس به موجب ساختار ساده و مستحكم، هزينه پايين توليد، عدم نياز به آهنرباي دائم و قابليت اطمينان بالا، گزينه اي مطلوب براي كاربردهاي صنعتي محسوب مي شود. با اين حال، رفتار ذاتا غيرخطي مدار مغناطيسي و برهم كنش همزمان پديده هاي الكترومغناطيسي، حرارتي، مكانيكي و ارتعاشي، طراحي اين ماشين را به مسئله اي پيچيده و چندهدفه بدل ساخته است؛ به گونه اي كه افزايش گشتاور و چگالي توان با محدوديت هاي دمايي و تنش مكانيكي در تعارض قرار مي گيرند. در اين پژوهش، چارچوبي جامع براي طراحي و بهينه سازي چندفيزيكه موتور سوئيچ رلوكتانس ارائه شده است. در گام نخست، يك مدل تحليلي نوين با درنظرگرفتن ويژگي هاي غيرخطي مدار مغناطيسي توسعه يافته و پارامترهاي هندسي، الكتريكي و مغناطيسي از روي مشخصات عملكردي مورد انتظار استخراج مي شوند. سپس قيود طراحي، شامل محدوديت هاي هندسي، پرشدگي شيار، چگالي جريان، شرايط مغناطيسي و الزامات مكانيكي اعمال و طرح هاي غيرقابل اجرا از فضاي جست وجو حذف مي شوند. الگوريتم پيشنهادي بعد از پياده سازي و توليد طرح هاي قابل اجرا، مدل هاي مشابه با روش خوشه بندي شناسايي و طرح هاي نماينده براي تحليل دقيق تر انتخاب مي كند. براي ارزيابي عملكرد، تحليل هاي الكترومغناطيسي به روش اجزاي محدود جهت اعتبارسنجي مشخصات و استخراج نيروهاي شعاعي و مماسي انجام شده و مدل شبكه حرارتي پارامتر متمركز براي ارزيابي سريع دماي نقاط داغ به كار گرفته شده است. پياده سازي روي موتورهاي 6/8 (چهارفاز، 4 كيلووات، 1500 دور بر دقيقه) و 4/6 (سه فاز، 8 كيلووات، 2000 دور بر دقيقه ابر اساس مشخصات پايه موتور سويچ رلوكتانس از برند تجاري "Oulton Drive") نشان مي دهد كه بهبود عملكرد الكترومغناطيسي و افزايش ظرفيت گشتاوردهي، به طور مستقيم با افزايش تنش هاي حرارتي و تشديد هارمونيك هاي نيروي شعاعي همراه است؛ به بيان ديگر، كوچك سازي ابعاد و افزايش چگالي توان، بدون توجه همزمان به مسيرهاي انتقال حرارت، مي تواند دماي نقاط داغ را افزايش دهد. نتايج حاصل نشان مي دهد كه چارچوب پيشنهادي قادر است فضاي گسترده اي از پيكربندي هاي هندسي را با هزينه محاسباتي كمتر نسبت به ارزيابي مستقيم تمامي طرح ها با روش هاي عددي دقيق بررسي كرده و مجموعه اي محدود از طرح هاي قابل بررسي را استخراج كند. ارزيابي طرح هاي منتخب با استفاده از تحليل اجزاي محدود و مدل شبكه حرارتي نشان داد كه بهبود عملكرد الكترومغناطيسي لزوما با بهبود همزمان رفتار حرارتي و شاخص هاي تحريك مرتبط با نويز و لرزش همراه نيست. بر اين اساس، انتخاب طرح نهايي به صورت يك مسئله مصالحه اي ميان عملكرد الكترومغناطيسي، محدوديت حرارتي و تحريكات مرتبط با نويز و لرزش الكتريكي در نظر گرفته شده است.
چكيده انگليسي
The switched reluctance motor (SRM), owing to its simple and robust structure, low manufacturing cost, absence of permanent magnets, and high reliability, is considered an attractive candidate for industrial applications. Nevertheless, the inherently nonlinear behavior of its magnetic circuit, together with the simultaneous interaction of electromagnetic, thermal, mechanical, and vibrational phenomena, renders the design of this machine a complex multi-objective problem. In particular, improvements in torque capability and power density are often in conflict with thermal constraints and mechanical stress limitations. This research presents a comprehensive framework for the Multiphysics design and optimization of switched reluctance motors. In the first stage, a novel analytical model is developed by incorporating the nonlinear characteristics of the magnetic circuit, through which the geometric, electrical, and magnetic parameters are derived from the desired performance specifications. Subsequently, design constraints-including geometric limitations, slot-fill factor, current density, magnetic operating conditions, and mechanical requirements-are imposed to eliminate infeasible candidates from the design space. After implementation and generation of feasible designs, the proposed algorithm identifies similar design candidates using a clustering approach and selects representative designs for more detailed analysis. For performance evaluation, electromagnetic finite-element analyses are conducted to validate the machine characteristics and to extract radial and tangential electromagnetic forces. In addition, a lumped-parameter thermal network model is employed for rapid estimation of hotspot temperatures. The implementation of the proposed framework on 6/8 SRMs (four-phase, 4 kW, 1500 rpm) and 4/6 SRMs (three-phase, 8 kW, 2000 rpm), based on the baseline specifications of commercially available SRMs from Oulton Drive, demonstrates that improvements in electromagnetic performance and torque capability are directly accompanied by increased thermal stresses and intensified harmonics of radial force. In other words, dimensional downsizing and increased power density, without simultaneous consideration of heat-transfer paths, may lead to elevated hotspot temperatures. The results indicate that the proposed framework can explore a broad range of geometric configurations with a lower computational cost than the direct evaluation of all candidate designs using high-fidelity numerical methods, while extracting a limited set of promising designs for further investigation. The assessment of the selected designs using finite-element analysis and the thermal network model confirms that improved electromagnetic performance does not necessarily coincide with simultaneous improvement in thermal behavior or force-excitation indices associated with electrical noise and vibration. Accordingly, the final design selection is formulated as a trade-off problem among electromagnetic performance, thermal limitations, and electrical noise- and vibration-related excitations.
استاد راهنما
مرتضي سقائيان نژاداصفهاني
استاد مشاور
امير رشيدي
استاد داور
احمدرضا تابش , حميدرضا كارشناس