بخشی از مقاله
چکیده
موتور جریان مستقیم بدون جاروبک تکفاز به یک فاصله هوایی نامتقارن به منظور از بین بردن نقطه مرگ جاییکه گشتاورخالص صفراست، نیازدارد.دراین مقاله ازروش آنالیزحساسیت و المان محدود - FEA - برای آنالیز خواص گشتاوردندانه، گشتاور موتور و سایرپارامترهای ذکرشده، استفاده شده است. در اینجا طرح نوینی با ساختار فاصله هوایی نامتقارن ارایه شده است که نه تنها یک گشتاورراه اندازی بهینه تولید می کند بلکه همچنین گشتاور دندانه ای را در یک محدوده کاهش می دهد.
کلمات کلیدی: فاصله هوایی نامتقارن، موتورجریان مستقیم بدون جاروبک تکفاز، آنالیز المان محدود.
.1 مقدمه
موتور جریان مستقیم بدون جاروبک یک آهنربادائم روی روتور دارد ودر آن کموتاسیون با ادوات الکترونیک قدرت جهت جایگزینی کموتاتور مکانیکی و جاروبک یک موتور جریان مستقیم جاروبک دار انجام شده است. این موتورها بازده بالاتری از ماشین های القایی و نیاز به تعمیر نگهداری کمتر نسبت به موتور جریان مستقیم جاروبک دار دارند.[2] نیروی ضدمحرکه الکتریکی موتور جریان مستقیم بدون جاروبک شکل موج ذوزنقه ای دارد بنابراین عملکرد موتور نسبت به نسبت به موتور جریان مستقیم بدون جاروبک آسان تر است[ 1]،.[6]اگرچه موتور جریان مستقیم بدون جاروبک تک فاز بازده کمتری نسبت به سه فاز آن دارد اما ساخت آسان تر و با هزینه ی کمتری دارد. از این رو، موتور جریان مستقیم بدون جاروبک تک فاز به طور گسترده در کاربردههای کم هزینه و برقی مثل فن ها، هارد دیسک کامپیوترها استفاده می شود.[2]،.[3]
موتور جریان مستقیم بدون جاروبک دارای نقطه مرگ است،جاییکه گشتاورخالص صفر است،بنابراین موتور اگر در این نقطه متوقف شود،قادر به راه اندازی مجدد نخواهد بود.از این رو فاصله هوایی نامتقارن به منظور دور شدن نقطه ی راه اندازی از نقطه مرگ، طراحی شد، اما فاصله هوایی نامتقارن مشخصه های موتور در گشتاور دندانه ای و مدارالکتریکی را خراب می کند. در هنگام کارکرد موتور، گشتاور دندانه ای نامطلوب است زیرا باعث لرزش و نوسانات گشتاور می شود[4]،.[5]
اگرچه تاثیر گشتاور راه اندازی و دندانه ای فاصله هوایی نامتقارن به طورجداگانه توجه می شود با این حالفاصله هوایی نامتقارن بهینه هنوز بدست نیامده است.در این مقاله، طرح نوین با استفاده از آنالیز حساسیت و درادامه طرح بهینه با استفاده از نرم افزار اپتینت برای فاصله هوایی مخروطی مورد بحث و بررسی قرارگرفته است. تاثیر حالت های فاصله هوایی نامتقارن متفاوت بر خواص گشتاوردندانه،گشتاور و سایرپارامترها به وسیله آنالیز المان محدود - - FEM بررسی شده است.مدل موتور با ساختارفاصله هوایی نوین بهینه براساس نتایج بدست آمده می تواند تعریف شود. المان محدود در قالب برنامه های کامپیوتری مثل ماکسول و مگنت به آسانی در دسترس است. نرم افزار نیازی به تقریب و فرض مسیرهای شار و ضرایب تجربی مربوطه ندارد.
این نرم افزار می تواند با دقت بالا میدان مغناطیسی و پارامترهای طراحی مربوطه را برای موتورهای با شکل هندسی پیچیده، همراه با درنظرگرفتن اثر اشباع، مواد مغناطیس دایم، عکس العمل آرمیچر و اثر جریان های گردابی را محاسبه کند. یکی از مزایای کلیدی این نرم افزارها، فرآیند حل خودکار آن است به نحوی که کاربرارن تنها به تعیین شکل هندسی ، خواص مواد و خروجی مورد نظر ملزم هستند. سپس نرم افزار به طور خودکار یک مش مناسب، کارآمد و دقیق برای حل مساله تولید می کند. این فرآیند تولید شبکه ی تطبیقی اتوماتیک از طرفی به حذف پیچیدگی از فرآیند تجزیه و تحلیل می انجامد و از طرف دیگر به مهندسین اجازه می دهد تا از یک فرآیند طراحی بسیار کارآمد و ساده بهره ببرند. طراحی در این تحقیق توسط نرم افزار مگنت انجام شده است.
.2 موتورموردمطالعه
:1-2 دراین مقاله، ساختار استاتور نامتقارن به منظورساختن فاصله هوایی نامتقارن استفاده شده است.ساختار استاتورمرجع درشکل - - 1 نشان داده شده است.[1] به علت جامع نبودن اطلاعات مرجع،موتور با تفاوت خیلی اندک با مقاله به عنوان رفرنس شبیه سازی شده است. که درآن،کمان - - ARC منحنی ایست از یک لبه ی دندانه استاتور که فاصله هوایی نامتقارن را تعیین می کند. AوB نقاط پایانی کمان و نقطهC مرکز کل استاتور می باشند که نقطهD در مرکز استاتور به طور افقی به اندازهX از نقطهC به منظورنامتقارن ساختن استاتور جابه جا می شود.زاویه به وسیله نقاطAوBوC همان طورکه درشکل.1 نشان داده شده است تعریف می شود.
شاخص های طراحی درشکل .1 نشان داده شده اند. به منظور پیکربندی استاتور، دو قید درنظر گرفته شده است. - 1موقعیت نقطهA ثابت است. - 2 زاویه مربوط به کمان است.تحت این شرایط با جا به جایی نقطهD ، تغییرات شرایط عدم تقارن برای استاتور و فاصله هوایی مدل سازی می شود. وقتی نقطه D خیلی دورتر از نقطه C باشد، عدم تقارن برای کمان بیشتر خواهد بوده، به عبارت دیگر عدم تقارن برای استاتور و فاصله هوایی بیشتر خواهد بود. ماده استاتورسیلیکون استیل و شعاع استاتور21میلیمتر می باشد. ماده رتور آهنربای رزین است و ضخامت رتور 4میلیمترتعریف شده است.
فاصله هوایی بین رتورواستاتور3میلیمترمی باشد. که با استفاده از نرم افزارمگنت شبیه سازی شده است و نتایج خیلی نزدیکی به نتیجه ذکرشده در مرجع،یعنی حالتی که فاصلهX ازD به اندازه یک میلیمتر می باشد، جهت حالت اولیه انتخاب شده است.[1]موتور مرجع شبیه سازی شده در نرم افزار مگنت درشکل.2 آورده شده است.ونتایج حاصل از آن درادامه درجدول .1 آورده شده است
