بخشی از مقاله
چکیده - هدف اصلی این مقاله طراحی و بهینهسازی ماشینهای شار محور مغناطیس دائم - AFPM - قابل حمل برای تولید برق مورد نیاز انسان در شرایط اضطراری میباشد. برای دستیابی به قابلیت حمل بهتر ژنراتور، برروی کمینه کردن جرم فعال ژنراتور تمرکز میکنیم. ژنراتور مورد نظر ما باید در سرعتهای نامی مختلف بتواند توان 60 وات را به ما تحویل دهد. ژنراتورهای AFPM با سیمپیچی متمرکز و سیمپیچی موجود در فاصله هوایی مورد بررسی قرار میگیرند.
در این مقاله ابعاد و پارامترهای اساسی این دو نوع ژنراتور AFPM ، بدست آمده است. سپس برای پیدا کردن ابعاد و پارامترهای ژنراتور به منظور کمینه کردن جرم فعال ماشین در سرعتها و بازدههای مختلف، طراحی بهینه ژنراتورها انجام شده است. براساس نتایج طراحی، ژنراتور AFPM با سیمپیچی متمرکز در سرعت 4000 دوربردقیقه و بازده 90 درصد از ژنراتور AFPM با سیمپیچی موجود در فاصله هوایی سنگینتر و در سرعت 2000 دوربردقیقه و بازده 80 درصد از ژنراتور AFPM با سیمپیچی موجود در فاصله هوایی سبکتر است.
-1 مقدمه
هدف اصلی این مقاله طراحی و بهینهسازی ژنراتور شار محور با آهنربای دائم - AFPM - قابل حمل برای تولید برق مورد نیاز انسان در شرایط اضطراری میباشد. این ژنراتور توسط نیروی بازوی انسان راهاندازی شده و میتوان انرژی الکتریکی آن را در یک باتری قابل شارژ ذخیره کرد. این ژنراتور میتواند بهطور گسترده در کاربردهای نظامی و غیر نظامی مورد استفاده قرار گیرد. از جمله کاربردهای آن عبارتنداز: استفاده توسط نیروهای نظامی که مأموریتهای حیاتی را در شرایط پرخطر انجام می-دهند، عملیات امداد و نجات در بلایای طبیعی، تحقیق و تفحص در نقاط دور دست توسط دانشمندان و ... .[1] مفهوم تولید برق توسط نیروی بازوی دست انسان میتواند به صورت تکاندادن، فشاردادن، هلدادن، چرخاندن و خمکردن طبقهبندی شود.[1]
در مرجع [2] مروری بر سیستمهای مختلف تولید برق توسط انسان انجام شده است. در مرجع [3] یک ژنراتور که از طریق چرخاندن میللنگ متصل به روتور توسط نیروی بازوی انسان راهاندازی میشود، طراحی شده است. ماشینهای شار محور با آهنربای دائم - AFPM - دارای مزایایی چون چگالی توان بالا و فشردگی بیشتر در مقایسه با ماشینهای شار شعاعی - RFPM - میباشند.[4] بنابراین ماشین AFFM برای تولید برق مورد نیاز انسان در شرایط اضطراری انتخاب شده است. در زیر سه ژنراتور شار محور مختلف آورده شدهاند که در مرجع [2] با توان خروجی 60 وات در سرعت 3000 دوربردقیقه طراحی و مقایسه شدهاند.
1 - ژنراتور AFPM با یک روتور و یک استاتور و سیمپیچی گسترده
2 - ژنراتور AFPM با یک روتور و یک استاتور و سیمپیچی متمرکز
3 - ژنراتور AFPM با دو روتور و یک استاتور و سیمپیچی موجود در فاصله هوایی - .[5] - TORUS
به منظور دستیابی به قابلیت حمل بهتر ژنراتور این مقاله برروی کمینهکردن جرم فعال ژنراتور تمرکز کرده است. در میان سه ژنراتور شار محور فوق ژنراتور AFPM با یک روتور و یک - استاتور با سیمپیچی گسترده بیشترین تلفات و بیشترین جرم را دارد.[2] بنابراین در این مقاله ژنراتور با یک روتور و یک استاتور و سیمپیچی متمرکز و ماشین TORUS برای طراحی و بهینه-سازی انتخاب میشوند. خروجی این مقاله شامل موارد زیر میباشد: اولاً ابعاد و پارامترهای اساسی برای دو نوع ژنراتور AFPM مشخص میشوند و روابط موجود برای تعیین این ابعاد و پارامترها بیان میشوند. ثانیاً روش بهینهسازی ژنراتور بیان می-شود. برای طراحی بهینه ژنراتور AFPM برروی کمینه کردن جرم فعال ژنراتور تمرکز میکنیم. سپس نتایج طراحی بهینه در سرعتهای مختلف 2000 - ، 3000 و 4000 دوربردقیقه - و در بازدههای مختلف 80 - ، 85، 87 و 90 درصد - انجام میشود و در نهایت نتایج نشان داده میشوند.
-2 ابعاد و پارامترهای ژنراتور AFPM
در شکل1 - الف - و - ب - به ترتیب نمای خارجی ژنراتور AFPM با سیمپیچی متمرکز و ژنراتور TORUS نشان داده شده است. مقطع خطی ژنراتور AFPM با سیمپیچی متمرکز و ژنراتور TORUS نیز به ترتیب در شکل2 - الف - و - ب - نشان داده شده است.
الف: ژنراتور AFPM با سیمپیچی متمرکز.[6]
ب: ژنراتور AFPM با سیمپیچی موجود در فاصله هوایی - TORUS - شکل:1 نمای خارجی ژنراتور .[7]AFPM
الف: ژنراتور AFPM با یکروتور و یکاستاتور و سیمپیچی متمرکز
ب: ژنراتور با دو روتور و یک استاتور و سیمپیچی موجود در فاصله
ابعاد و پارامترهای زیر را به عنوان مقادیر اولیه طراحی بهینه ژنراتور در نظر میگیریم.
- 1 شعاع خارجی استاتور rso
- 2 شعاع داخلی استاتور rsi
- 3 تعداد جفت قطب p
- 4 ارتفاع شیار استاتور hs
- 5 ارتفاع یوغ استاتور hsy
- 6 ارتفاع یوغ روتور hry
- 7 طول فاصله هوایی l g
- 8 طول آهنربا در جهت مغناطیس شوندگی l m
- 9 نسبت عرض آهنربا به گام قطب b p
- 10 تعداد هادیهای هر شیار در هر فاز N c
- 11 فاکتور پرشدگی سیمپیچ
