بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک ساختار جدید برای موتور رلوکتانسی ارائه شده است. در طراحی استاتور این موتور جدید از آهنربای دائم مغناطیسی به منظور افزایش انرژی و کاهش شارهای نشتی استفاده شده است. همچنین به منظور کوتاه کردن مسیر شارهای مغناطیسی، قطب های استاتور به لحاظ مدار مغناطیسی، دو به دو از هم جدا شده و هیچ ارتباطی بین مدار معادل مغناطیسی فازهای این موتور از طریق یوغ استاتور وجود ندارد. روتور فاقد هرگونه سیم پیچی یا آهنربا دائم بوده و برخلاف ساختارهای متداول موتور رلوکتانس سوئیچی، تعداد قطب های آن فرد می باشد. آنالیز مغناطیسی این موتور با استفاده از روش اجزای محدود انجام گرفته است.
در ادامه با توجه به روابط حاکم بر مسئله، مدل ریاضی این ساختار استخراج گردیده و در نرم افزار متلب-سیمولینک مدلسازی شده و درایو آن با استفاده از دو روش کنترلی انجام شده است. بر خلاف موتورهای رلوکتانسی به کمک آهنربای دائم، نتایج کلی نبود گشتاور دندانه ای را در این ساختار نشان می دهد . همچنین در توان و فریم ثابت، راندمان و گشتاور متوسط بالا نسبت به ساختارهای متداول رلوکتانس سوئیچی از مزایای این موتور می باشد.
.1 مقدمه و معرفی موتور رلوکتانسی 6/5
در چند سال اخیر در موتورهای رلوکتانسی برای بهبود عملکرد موتور و گشتاور نرمتر با ریپل کمتر از آهنربای دائم استفاده شده است. در این بخش یک موتور رلوکتانسی با قطب های برجسته استاتور و روتور که به موتور سوئیچ رلوکتانسی معروفند، ارائه میشود که در آن از آهنربای دائم کمکی برای کاهش شارهای نشتی و افزایش انرژی موتور استفاده شده است.
تفاوت عمده ساختار ارائه شده برای موتور رلوکتانسی سوئیچ شونده با نوع معمولی این نوع موتورها در ترکیب تعداد قطبهای استاتور و روتور می باشد. معمولا برای طراحی این نوع موتورها از تعداد قطب های زوج برای استاتور و روتور استفاده می شود. نو آوری این ساختار در فرد بودن تعداد قطب های روتور می باشد. از طرفی از ترکیب خاصی از آهنربای دائم در میان قطب های استاتور استفاده شده است. با شبیه سازی های مختلف و آنالیزی که برای ترکیب تعداد قطب های روتور و استاتور صورت گرفته، به نظر می رسد ترکیب 6/5 برای این نوع موتورها، ترکیب ایده ال و منحصر بفردی می باشد.
در این موتور تعداد قطب های استاتور 6 و تعداد قطب های روتور 5 بوده و از 3 آهنربای کمکی برای کاهش گشتاور دندانه ای استفاده شده است. ساختار جدید در شکل1 مطرح شده است. نحوه سیم بندی این موتور در شکل2 بیان شده است. همچنین زوایا و پارامترهای مورد نیاز برای محاسبات تعیین شده است.
شکل -1 ساختار جدید ارائه شده
شکل -2 سیم بندی ساختار ارائه شده
از مزایایی که این موتور نسبت به موتورهای معمولی دارد می توان به موارد زیر اشاره کرد.
. بیشترین چگالی گشتاور و بیشترین چگالی قدرت
. رنج بالای تغییرات سرعت در قدرت ثابت
. بالاترین راندمان در تمامی رنج های گشتاور و سرعت
. ظرفیت اضافه بار بالا
. قابلیت اطمینان بالا و ساخت آسان
. کمترین ریپل گشتاور و نویز
. هزینه پایین
نحوه بستن شار در آهنربای دائم به صورت شکل 3 بوده و جهت شارها مشخص شده است.
شکل -3 مسیر شارهای مغناطیسی در قطب ها و آهنربای دائم
مشاهده می شود در شکل3 زمانی که دو قطب استاتور تغذیه می شود، شارهای مغناطیسی حاصل از تغذیه سیم پیچ مسیر خود را از قطب روتور می بندند. در ضمن یک مسیر دیگری هم بین قطب روتور و آهنربای دائم کمکی بسته میشود
که این کار امکان دسترسی به گشتاور بالاتر را فراهم می کند. در زمانی هم که قطب استاتور تغذیه نمی شود یک شاری مابین آهنربای دائم و قطب استاتور بسته می شود.
.2 طراحی موتور رلوکتانسی 6/5 ارائه شده
در ساختار ارائه شده از سه تکه آهنربای دائم در بین 6 قطب استاتور استفاده شده و همچنین طراحی منحصر بفردی در شکل هندسی دهانه قطب های استاتور صورت گرفته است. روابط موتور ارائه شده به شرح زیر است.
- 1 - × NP =k.m
- 2 - × NS =2 k.m
- 3 - NR =k. - 2m-1 -
که NP تعداد آهنربای دائم استفاده شده، m تعداد فازها، NS تعداد قطبهای استاتور و NR تعداد قطبهای روتور
میباشد. در رابطه 4 زاویه بین دو آهنربای دائم با نشان داده شده است.
پارامترهای طراحی این موتور براساس سرعت 3000 دور بر دقیقه طراحی شده و کنترل گشته است. مقادیر پارامترهای طراحی در جدول1 ارائه شده است.
جدول-1 پارامترهای اصلی موتور رلوکتانس 6/5 ارائه شده
S عرض دندانه یک قطب استاتور می باشد. همچنین عرض دندانه یک قطب روتور با R نشان داده شده است. این مقادیرپس از طراحی اولیه به روش سعی و خطا و رفت و برگشتی بهینه شده است
.3 کنترل موتور رلوکتانسی 6/5 ارائه شده
با توجه به اینکه موتورهای رلوکتانسی کنترل پیچیده تری نسبت به سایر موتورهای الکتریکی دارند، موتور ارایه شده نیز از این قاعده مستثنی نمی باشد.
روش های سوئیچ زنی متعددی برای موتورهای رلوکتانسی ارائه شده که هر کدام مزایا و معایبی را به همراه دارند. همچنین مبدل های متعددی با مدارات گوناگون جهت تغذیه و کنترل این موتورها ارائه گشته است
