بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله برروی توسعه ذاتی یک ژنراتور فشرده، سبک، دارای آهنربای دائم با بازده بالا و براساس شار محوری تمرکز میکنیم. ژنراتور شار محور مغناطیس دائم AFPM دارای پتانسیل بالایی در کاربردهای متنوع دفاعی میباشد. ژنراتور AFPM به راحتی پیکربندی شده و بهدلیل فشردگی و وزن کم میتواند در مواردی که دارای محدودیت فضایی هستیم و یا برروی سطوح متحریک مانند قطار، هواپیما، تانک و خودورهای چرخدار قرار داریم و به شبکه برق سراسری دسترسی نداریم، جاسازی شود. در این مقاله اصول اساسی ژنراتور AFPM مانند طراحی، ساختار، بهبود سخت افزار و عملکرد مرتبط با آن ارائه شده است.
-1 مقدمه
پر واضح است که یک سیستم منبع انرژی الکتریکی قابل اعتماد با کیفیت بالا برای پیروزی در یک عملیات جنگی ضروری میباشد. همچنین بهدلیل وجود تجهیزات مدرن و پیچیده مانند کامپیوترها، سیستمهای ارتباطی، سیستمهای هدایت کننده موشکها مانند پرتابکنندهها و رادارها، میزان تقاضا برای منابع تولید قدرت الکتریکی رو به افزایش است. منابع انرژی الکتریکی مورد انتظار برای کاربردهای دفاعی باید براساس نسبت توان به وزن و نسبت توان به حجم بالا، بهرهوری سوخت بالا و میزان نویز کم، مشخص شود.
همچنین باید منبع انرژی مورد نظر دارای قابلیت اعتماد بالا بوده و در مقابل اثرات تداخل الکترومغناطیسی - EMI - و شرایط محیطی و بارگزاریهای مختلف حساس نباشد. ماشینهای الکتریکی که در یک محدوده فضایی کم توان بالایی را به ما تحویل میدهند باید دارای یک سیستم خنککنندگی برای جلوگیری از آسیب دیدن سیمپیچها باشند.[1] برای بهبود عملکرد ژنراتور AFPM باید در دیسک روتور از آهنربای نئودیمیم-آهن-بور - NdFeB - استفاده میشود که بدین ترتیب میزان بارگزاری مغناطیسی بالایی بدست میآید.[2]
عملکرد دیسک روتور به طور طبیعی مانند یک خنککننده رفتار میکند و سیمپیچهای استاتور را در بارگزاریهای الکتریکی بالا خنک نگهمیدارد. با استفاده از تعداد دور کمی از سیمپیچی روی استاتور و در نتیجه مقاوت و اندوکتانس پایین میتوان EMF مورد نیاز را تولید کرد. بنابراین ژنراتور AFPM به طوز ذاتی دارای وزن کم و فشرگی بالا میباشد. همچنین بهدلیل دیسکی بودن روتور و استاتور این ژنراتور نسبت به ژنراتورهای با روتور و استاتور استوانهای بسیار کوچک بوده و بهراحتی میتوان آن را در فضاهای محدود نصب کرد.[3] ماشینهای الکتریکی متعارف موجود در بخش دفاعی از تحریک AC یا جاروبک استفاده میکنند که با استفاده از تکنولوژی شار شعاعی کار میکنند. بهبود ژنراتور AFPM برای کاربرد دفاعی میتواند قدرت تاکتیکی نیروهای دفاعی را در مواقعی که بارهای مختلفی را تغذیه میکنند، بهبود دهد.
-2 ساختار هندسی ژنراتور
از نقطه نظر ساختار خارجی، ماشینهای AFPMاساساً دارای ترکیبهای مختلف با ویژگیهای مختلفی هستند که به صورت زیر طبقه بندی میشوند:
الف - ترتیب روتور و استاتور:
· ساختار چندوجهی
· ساختار تکوجهی
· ساختار دووجهی - 1 استاتور داخلی
- 2 روتور داخلی ب - روشهای نصب آهنربا روی روتور:
· نصب روی سطح روتور
· نصب در داخل روتور
ج - شیارهای موجود روی استاتور:
· استاتور شیاردار
· استاتور بدون شیار با سیمپیچی چنبرهای1
ژنراتور AFPM مورد نظر بهصورت استاتور شیاردار و آهنربای روی سطح روتور درنظر گرفته میشود. علت اینکه آهنرباها روی سطح روتور نصب میشوند راحتی در ساخت می-باشد همچنین بهدلیل استحکام بیشتر سیمپیچها، استاتور به صورت شیاردار در نظر گرفته میشود. ساختار هندسی ژنراتور نیز به صورت دو استاتور و یک روتور داخلی درنظر گرفته میشود طوریکه روتور بین دو استاتور ساندویچ میشود که بدین ترتیب قدرت خروجی استاتور بیشتر میشود. آهنرباها نیز از جنس نئودیمیم-آهن-بور - NdFeB - انتخاب شده و با چسب روی سطح روتور نصب میشوند.[4]
-3 اصول اساسی طراحی ژنراتور AFPM
ماشینهای شار محور با ماشینهای شار شعاعی مرسوم از لحاظ جهت حرکت شار متفاوت هستند در این ماشینها شار به-صورت موازی با شفت ماشین حرکت میکند. در این ماشینها با ایجاد نیروی مماسی به دور روتور، روتور همراه با آهنربای موجود در سطح آن باعث جاری شدن جریان در سیمپیچهای هریک از استاتورها میشود.[4]
-4 تحقق ژنراتور AFPM
یک نمونه ژنراتور AFPM با توان 16 کیلووات طراحی و ساخته شده است که شکل اولیه آن به صورت زیر است. براساس روابط فوق، روتور، استاتور، یوغ استاتور و آهنربای روی روتور را در ژنراتور AFPM میتوان طراحی کرد. طول یوغ استاتور طول محور هر یک از استاتورها Ly کوتاهتر بهکار میروند - 2 نصب میشود.[6] با توجه به آرایش فلایویل و ماشین، قطر خارجی ماشین محدود میشود طوریکه نسبت قطر داخلی به قطر خارجی ماشین برابر 0,55 میباشد و چگالی شار فاصله هوایی بین روتور و استاتور برابر مقدار ثابتی در نظرگرفته میشود. تعداد شیارهای استاتور و پیکربندی سیمپیچ-های استاتور نیز باید طوری درنظرگرفته شوند که مرتبههای بالاتر هارمونیک فضایی مولفههای شار و ولتاژ در سیمپیچها کاهش یابد. بهمنظور از بین بردن گشتاور دندانهای3 تقارن آهنرباهای NdFeB برروی روتور باید انجام شود.
