بخشی از مقاله
چکیده
موتورهاي سنکرون آهنرباي دائم خطی به طور روزافزون در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. افزایش راندمان این موتورها می تواند کمک شایانی به کاهش مصرف انرژي در صنعت نماید. در این مقاله بر اساس مدلسازي با مدار معادل مغناطیسی تلفات و راندمان موتور با دقت مناسبی محاسبه می گردد. سپس یک نمونه طراحی شده از موتور به منظور افزایش بازده توسط الگوریتم ژنتیک و مدلسازي انجام شده، بهینه سازي می شود. در نهایت موتور بهینه سازي شده توسط روش اجزاء محدود در حالت دینامیکی تحلیل می گردد. نتایج حاصل موید تأثیر بهینه سازي در نیل به هدف مورد نظر می باشد.
.1 مقدمه
امروزه موتورهاي خطی در کاربردهایی که به حرکت انتقالی و رفت و برگشتی نیاز دارند، به طور گستردهاي مورد استفاده قرار میگیرند .[1] مهمترین مزیت این موتورها تولید مستقیم حرکت انتقالی و در نتیجه حذف اجزاء تبدیل کننده حرکت گردان به حرکت انتقالی است. حذف این اجزاء منجر به حذف تلفات و لقی ناشی از آنها شده و در نتیجه بازده، دقت و قابلیت اطمینان سیستم افزایش مییابد.[2] از میان انواع مختلف این موتورهاي خطی، موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی به دلیل خصوصیاتی از قبیل چگالی نیرو و بازده زیاد، عملکرد دینامیکی خوب و ساختار کنترلی نه چندان پیچیده بسیار مورد توجه است
امروزه با ظهور ادوات و مدارهاي الکترونیک قدرت سریع و ارزان و کشف منابع مواد آهنرباي دائم بسیار قدرتمند و کاهش نسبی قیمت آهنرباي دائم، ساخت این موتورها و استفاده از آنها در صنعت اقتصادي و عملی شده است.
کاربردهاي متعددي در گستره وسیعی از عملکرد براي اینگونه موتورها وجود دارد. از این جمله میتوان به کاربردهاي بسیاردقیق و با توان نسبتاً کم مانند صنایع تولید نیمههاديها تا کاربردهایی با توانهاي بالا مانند صنایع حمل و نقل اشاره کرد
هر چند که بازده این نوع موتورها ذاتاً زیاد است ولی با توجه به افزایش سطح بازده در استانداردهاي جدید و کاهش منابع فسیلی در سال هاي اخیر، بیشینه سازي بازده این موتورها ضروري است.
بهینه سازي موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی در مقالات زیادي مورد توجه قرار گرفته است .[10-7] با این حال کاهش تلفات و به تبع آن افزایش بازده کمتر مورد توجه بوده است.
در [11] بازده یک موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی به کمک روش اجزاء محدود و شبکه عصبی بیشینه شده است. در این مقاله فقط عرض آهنربا و شکل شیار مد نظر قرار گرفته است و به دلیل زمان بر بودن روش اجزاء محدود بازه کوچکی براي تغییرات این متغیرها امکان پذیر بوده است.
در این مقاله از یک مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته در بهینه سازي استفاده می شود. به کمک این مدار معادل، تلفات آهن را با دقت خوبی محاسبه می کنیم. از آنجا که حل معادلات این مدار معادل بسیار سریع تر از روش اجزاء می توان از آن در روش هاي بهینه سازي تکراري مانند الگوریتم ژنتیک استفاده کرد. همچنین در نظر گرفتن تعداد بیشتري از پارامترهاي موتور با بازه وسیع تري از تغییرات امکان پذیر خواهد بود.
در ادامه با در نظر گرفتن تعدادي از پارامترهاي موتور به عنوان متغیر، راندمان موتور بهینه شده است. نتایج حاصل از این بهینه سازي با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود مقایسه شده است که بیانگر دقت و صحت روش ارائه شده است.
.2 مدل ماشین سنکرون مغناطیس دائم خطی
در این بخش مدلی مبتنی بر مدار معادل مغناطیسی براي محاسبه توزیع چگالی شار در قسمت هاي مختلف موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی ارائه میگردد. مدار معادل مغناطیسی داراي سه جزء اولیه، ثانویه و فاصله هوایی می باشد.
مدار معادل اولیه شامل مقاومت مغناطیسی دندانهها، شیارها و مسیر نشت شار میان دندانهها میباشد. براي مدل کردن دندانه در حالت اشباع، مقاومت مغناطیسی دندانه با رابطه غیر خطی در نظر گرفته میشود. اثر آرمیچر نیز با کمک منابع شاري که با جریان هاي سیم پیچ ها رابطه دارند مدل شده است.
در ثانویه آهنربا با منبع شار و مقاومت مغناطیسی و مسیر شار نشتی بین آهنرباها با مقاومت مغناطیسی مدلسازي میشود. ممکن است یک دندانه در فاصله بین آهنرباها قرار گیرد. در این صورت از این دندانه شار چندانی عبور نمیکند. براي مدلسازي این حالت فضاي میانی آهنرباها با یک مقاومت مغناطیسی جایگزین شده است.
فاصله هوایی پل ارتباطی میان اولیه و ثانویه است. به منظور مدلسازي آن فاصله هوایی زیر شیارها و زیر دندانهها از هم مجزا شده است. هر ناحیه مجزا شده از بالا به شیار یا دندانه متناظر و از پائین به آهنربا یا ناحیه بین دو آهنربا متصل میگردد. براي اینکه با تغییر مکان اولیه شکل مدار معادل مغناطیسی به هم نریزد و تشکیل ماتریس رلوکتانس و پرمآنس مشکل نشود هر دندانه با مقاومت مغناطیسی متغیر به دو آهنربا با قطب هاي مختلف و همچنین به مقاومت مغناطیسی بین دو آهنربا متصل می شود. به این صورت با تغییر مکان فقط مقادیر این مقاومت ها تغییر می کند.
شکل 1 یک موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی یک بر را نشان می دهد. مدار معادل مغناطیسی براي این موتور در شکل 2 نمایش داده شده است. مقادیر المان هاي بکار رفته در این مدار معادل در [12] شرح داده شده است.
با حل غیر خطی مدار معادل موتور به کمک روش گره، شار مغناطیسی و چگالی شار در نقاط مختلف موتور محاسبه می شود در ادامه این چگالی شار مبناي محاسبه تلفات هسته و مشخصات موتور خواهد بود.
شکل -1 موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی
شکل -2 مدار معادل مغناطیسی موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی
.3 محاسبه تلفات و نیروي موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی
تلفات هسته در موتور از دو بخش تلفات هیسترزیس و تلفات جریان گردابی تشکیل می شود. چگالی حجمی تلفات هیسترزیس در نقاط مختلف از رابطه - 1 - بدست می آید. چگالی حجمی تلفات جریان گردابی نیز در موتور سنکرون آهنرباي دائم خطی براي دندانه و یوغ از روابط - 2 - و - 3 - بدست می آید. تلفات هسته در آهن زیرین ثانویه ناچیز و قابل صرف نظر کردن است
