بخشی از مقاله
چکیده-این مقاله به تحلیل و محاسبهی گشتاور،ریپل گشتاور و نیروهای شعاعی در موتور SR با کوپل مدارات، بر اساس روش گام زمانی در اجزای محدود پرداخته.در ابتدا به بررسی و بهینه سازی کمان قطبهای رتور و استاتور در قالب یک الگوی تحریک مشخص، جهت کاهش ریپل گشتاور می-پردازیم و سپس به تأثیر ایجاد حفرهی دایرهای در دندانهی رتور با هدف کاهش نیروهای شعاعی پرداخته و بر اساس مدل اجزای محدود حفرهی بهینه در این راستا محاسبه میگردد . که نتیجتاّ این اصلاحات کاهش نوسانات موتور SR را به همراه دارد. در ادامه تلفات آهنی محاسبه میشود و محقق میگردد تغییر زاویهی کمان و ایجاد حفره تأثیر قابل توجهی در افزایش تلفات آهنی ندارد.
-1مقدمه
موتور سوئیچ رلوکتانس به علت سادگی ساختار، قابلیت ایجاد گشتاور زیاد درمحدودهی وسیعی از سرعت، قابلیت کار با از دست رفتن یک یا چند فاز، ساختار مکانیکی محکم وراندمان زیاد ، هزینهی کم نگهداری وساخت و ... مورد توجه است. با این حال لرزش و نویز صوتی زیاد این موتور کاربردهای آن را محدود می کند.[1] تلاش های بسیاری جهت کاهش این نویز انجام شده به طور کلی از میان عوامل مختلف نویز صوتی در موتور سوئیچ رلوکتانس سه عامل: نیروهای شعاعی، ریپل گشتاورو نویز کلید زنی نقش برجسته تری را ایفا میکنند.
دو راه عمده کاهش نویز در موارد نیروهای شعاعی و ریپل گشتاور، راه طراحی و کنترل است در بخش کنترل نحوه تغذیهی سیم پیچها و شکل دهی به موج جریان ورودی مد نظر است. در 3] و [2 از یک استراتژی کنترلی بر پایه کنترل کننده PI برای کاهش هارمونیک ها و نوسان گشتاور در ماشین سوئیچ رلوکتانس استفاده شده است.در[4 ] با استفاده از یک اینورتر C-dump با یک روش ترکیبی تحریک ،لرزش و نویز کاهش داده شده است. در [5] رابطه تحلیلی برای نوسانات گشتاور و نیروهای شعاعی موتور بدست آمده است و در ادامه به کمک تحریک سینوسی سیم پیچ ها ،نیروهای شعاعی کنترل شده است.
در [6] اثرتغییرشکل یوغ استاتوربر روی نویز مورد تحلیل قرار، در[7] دوموتور 6/8و12/8 از لحاظ تأثیرتعداد قطب بر نویز مورد بررسی واقع شده است،در[8] ثأثیر مواد بکار رفته در ساختمان موتور ودر [9] نیز تغییر شکل لبه های قطب رتور واستاتور مورد توجه قرار گرفته است. در این مقاله با رویکرد طراحی ابتدا زاویهی قطبهای رتور واستاتور با استفاده از روش گام زمانی اجزای محدود جهت کاهش ریپل گشتاور بهینه شدهو همچنین سعی شده تا علاوه بر کاهش ریپل گشتاور متوسط گشتاور کاهش نیابد و جریان فازها نیز از حد مجاز خود عبور نکند. در ادامه با ایجاد حفرهی دایرهای در رتور تأثیر آن در کاهش نیروهای شعاعی را مشاهده مینمائیم و در پایان با محاسبهی تلفات آهنی در موتور بهینه این نتیجه حاصل میگردد که بهینهسازی تأثیر چشمگیری در تلفات آهنی ندارد.
-2کوپل مدارات در اجزای محدود
در این مقاله از روش گام زمانی اجزای محدود جهت تحلیل موتور استفاده میشود. شکل 1 مدار هر فاز موتور در مدل FE را نشان میدهد و درشکل 2 ولتاز تزریقی به این فاز مشاهده میگردد. در زیر با استفاده از بردار پتانسیل مغناطیسی و بر اساس معادلات ماکسول معادلات موتور در محیط 2بعدی FE بصورت زیر تعریف میگردد:[10]
-3تحلیل زاویه کمان
دراین قسمت به بررسی تأثیر تغییر زاویهی کمان رتور و استاتور بر گشتاور وریپل گشتاور با الگوی تحریک مشخص میپردازیم رنج تغییرات زاویه کمان به شکل روبرو است: , . که در آن زاویه کمان قطب رتور و زاویه کمان قطب استاتور می باشد.در شکل 7و8 گشناور و جریان یک فاز جهت زاویه کمانهای مختلف نمایش داده. همانطور که مشاهده میگردد هر دو تابع زاویه کمان میباشند.
بنابر این جهت بهینه سازی و تابع هدف زیر معرفی میگردد: که در آن متوسط گشتاور متوسط جریان و ریپل گشتاور میباشد.که در آن از رابطهی زیر محاسبه میگردد: بدین وسیله از کاهش گشتاور جلوگیری میگردد در شکل 8،7بو9ه ترتیب گشتاور،جریان و تغییرات تابع هدف برحسب زاویهی قطبها نشان داده شده.و .با استفاده از فلوچارت نشان داده شده در شکل 10 زاویه کمان بهینه تعیین میگردد.. با نگاهی به جریان ها معلوم میشود که جریان در زاویه کمان کمتر، بیشتر است که این خود دلیل افزایش گشتاور است. دلیل افزایش جریان نیز تغییر پروفایل اندوکتانس است.
