بخشی از مقاله
چکیده
بالغ بر %60 انرژی الکتریکی صنعتی توسط موتورهای الکتریکی مصرف میشود. از این رو در سه دهه اخیر تلاشهای گسترده ای در جهت افزایش بازدهی این موتورها تحت شرایط کاری مختلف به عمل آمده است. در بین این موتورها، کاربرد موتور های سنکرون سه فاز از نوع مواد مغناطیس نرم ٌیک دهه است که در جهان در حال گسترش است.
بازده بهینه این موتورها به شدت متاثر از تغییرات پارامترهای آنهاست. در این مقاله ساختار عملکرد موتور سنکرون SMC بطور کامل مورد بررسی قرار گرفته و همچنین مزایا و معایب و کاربردهای این موتور در زمینههای مختلف مورد مطالعه قرار میگیرد.
در ادامه معادلات موتور بررسی شده و مدل ریاضی موتور سنکرون SMC ارائه میگردد. با توجه به اینکه خروجی موتور، گشتاور و سرعت می باشد، جهت اصلاح و یا کنترل این دو متغییر بایستی از روشهای غیرخطی بهره جست. یکی از این روش ها روش کنترل مستقیم گشتاور ٍمی باشد. در نتیجه این روش مورد استفاده قرار گرفته است. در انتها معادلات موتور در Matlab/Simulink شبیه سازی میگردد.
.1مقدمه
اخیرا، تقاضا برای ماشین های کوچک و بهره وری از ماشین های قدرت بالا به سرعت رو به افزایش است. یکی از این راه ها برای رفع این تقاضا استفاده از یک مواد جدید برای هسته میباشد.
SMC در واقع ذرات پودر آهن جدا شده از هم با یک لایه عایق الکتریکی می باشند. این مواد چند ویژگی دارند، از جمله، تلفات کم جریان گردابی، مونتاژ و طراحی انعطاف پذیر دستگاه و قابلیت بازیافت نسبتا خوب. بنابراین، از اواسط دههی 80 در قرن اخیر زمانی که SMC به بازار روانه شدند، چشم اندازهای جدیدی در طراحی موتور الکتریکی گشوده شد.
چندین موتور با استفاده از مواد SMC توسعه یافته و مورد بررسی قرار گرفته است، برای مثال، موتور قطب برجسته[1]، موتور مغناطیس دائم[2]، موتور القایی[3]، موتورهای خطی[4]، ماشین های شار عرضی [5] PM، ماشینهای شار محوری [6] PM، ما موتور سنکرون مغناطیس دائم PMSM توسعه یافته با مواد SMC را مورد بررسی قرار داده ایم.
.2مطالعه موتورهای SMC
.1.2مواد مورد استفاده در ساخت SMC
مواد خام اصلی برای ساخت ترکیبات SMC عبارت است از پودر آهن با خلوص و فشردگی بالا، که گاهی اوقات متناسب با نیاز از آلیاژهای پودری جدول - - 1استفاده میشود.[7]
جدول - : - 1 آلیاژهای مورد استفاده در ساخت SMC
این گونه آلیاژها دارای اهمیت خاص در مخلوط ها و دارای کاربردهای ویژه هستند. این نوع مواد بعلت ماهیت پودری آنها، در ایزوتروپی مغناطیسی عمومی استفاده میشوند و برای ساخت دستگاههای الکتریکی با شار مغناطیسی سهبعدی، متناسب هستند.
.2.2چگونگی ساخت هستههای SMC
مبنای ترکیبات مغناطیس نرم، پودر آهن است. ذرات پودر با یک لایه عایق الکتریکی فوق العاده قوی پوشانده میشوند که مقاومت الکتریکی بالایی دارند. سپس پودر پوشیده با استفاده از یک شمش فشرده می شود و در نهایت با پرداخت گرمایی در پوشش دلخواه کاربر قرار میگیرد. آهن تا جایی پودر میشود که هر ذره به تنهایی بتواند قابلیت مغناطیس شدن را داشته باشد. سپس با تکنیکی پیشرفته هر ذره را عایق میکنند.[8] حال با توجه به نوع کاربرد مدنظر میتوان مواد را مغناطیس دائم کرد یا بهصورت عادی از آن استفاده کرد. این مواد را بدون وجود هیچگونه محدودیتی میتوان در قالبهای دلخواه کمپرس کرد و به اشکالی دست یافت که تاکنون برای طراحان ماشین غیرممکن بوده است.
.3.2مزایای ترکیبات مغناطیس نرم SMC
مزایای جایگزینسازی هستههای متورق معمولی با ترکیبات مغناطیس نرم در جدول - - 2آمده است
جدول - : - 2 مزایای ترکیبات مغناطیس نرم
1 افزایش ضریب پرسازی مس - 66درصد در برابر 33درصد معمول -
2 افزایش ضریب تراکم واحد آهن
3 کاهش طول شکاف هوایی
4 کاهش حجم مس در نتیجه افزایش ضریب پرسازی و کاهش طول سر سیم پیچی
5 کاهش تلفات مس در نتیجه ی کاهش حجم مس
6 کاهش تلفات موج - حاصل از دندانه ها در فرکانس بالا
7 امکان ایجاد الگوی شار سه بعدی در مواد SMC
8 عدم نیاز به عایق کاری فازی در نتیجه ی استفاده از سیم پیچی های غیر هم پوشان
9 استفاده ازمواد SMC باعث صرفه جویی هزینه تا 50 درصد نسبت به هسته متورق
.4.2معایب ترکیبات مغناطیس نرم SMC
معایب مواد SMC به صورت خلاصه در زیر اشاره شده است:
- نفوذپذیری مغناطیسی نسبتا کم، 20-10 درصد نفوذپذیری ورقههای الکتریکی.
- بالا بودن تلفات آهن در فرکانس کم، چرا که تلفات هیسترزیس بیشتر است.
