مقدمه
اگر شما مطالب سایت را قبلاً خوانده و دنبال کرده باشید در پست «آشنایی با موتور رلوکتانسی سنکرون» در مورد این نوع از موتور مطالبی را خدمت شما بیان کردیم. همانطور که گفتیم برای بهبود مشخصات خروجی موتور رلوکتانسی سنکرون یک روش، اضافه کردن آهنرباهای دائم به ساختار حصار شار موتور می باشد؛ به صورتیکه این کار با توجه به پژوهش های انجام شده در مقالات و ژورنالهای مختلف می تواند باعث بهبود ضریب توان و چگالی گشتاور خروجی موتور بشود. باید توجه کرد که آهنرباهای اضافه شده به موتور باعث تولید گشتاوری می شوند که گشتاور حاصل از آهنربا نامیده می شود. با اضافه شدن این جزء گشتاور، گشتاور نهایی نیز افزایش پیدا می کند. بنابراین در موتور جدید که «موتور رلوکتانسی سنکرون با آهنرباهای تعبیه شده» نامیده می شود، گشتاور موتور دارای دو جزء خواهد بود: گشتاور رلوکتانسی و گشتاور حاصل از آهنرباها.
توجه می کنیم که تفاوت موتور رلوکتانسی سنکرون با آهنرباهای تعبیه شده و موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی در این است که مقدار آهنرباهای استفاده شده و شار پیوندی حاصل از آنها کمتر بوده و بوسیله فضای داخلی حصار شار و هزینه نهایی موتور محدود می شود.
بررسی ساختار موردنظر برای شبیه سازی
موتورهای رلوکتانسی سنکرون با آهنربا تعبیه شده می توانند همچون موتورهای رلوکتانسی سنکرون، به صورت روتور داخلی یا روتور خارجی طراحی شوند. در اینجا همانطور که در شکل 1 نشان داده شده، ما مدل روتور داخلی از یک موتور رلوکتانسی سنکرون با آهنرباهای تعبیه شده را در نظر گرفته ایم که ابعاد اصلی از آن از مقاله [1] استخراج شده است.
شکل 1) موتور رلوکتانسی سنکرون با آهنرباهای تعبیه شده در حصار
همانطور که از شکل 1 مشخص است، برای روتور از حصارهای منظم (مستطیلی) استفاده شده که در هر قطب به صورت چهارتایی طراحی شده اند. همچنین در داخل حصار، آهنرباهای مستطیلی بکارگرفته شده که در قسمت بدنه حصار جاسازی شده اند. توجه می کنیم که جهت مغناطیسی شدگی آهنرباها در قطبها به صورت متناوب تغییر می کند.
شبیه سازی و نتایج پروژه
در این پروژه ما قصد داریم اثر تغییر جنس مواد آهنربایی را بر مشخصات خروجی موتور موردنظر بدست بیاوریم، به همین منظور از تحلیل المان محدود در نرم افزار ماکسول استفاده کرده ایم، به صورتیکه یکبار مواد آهنربایی از جنس فریت (FB12H) و بار دیگر از جنس NdFeB برای آهنرباها در نظر گرفته و مشخصات خروجی موتور در دو حالت با هم بررسی شده است.
خوب بریم سراغ نتایج شبیه سازیها! ابتدا حالتی را در نظر می گیریم که از مواد فریتی برای آهنرباها استفاده شده باشد. بعلت محدودیت فقط دو مشخصه مهم یعنی گشتاور دینامیکی و نیروی ضدمحرکه موتور با هم مقایسه شده اند. در شکل 2 و 3 به ترتیب مشخصه گشتاور و back-EMF موتور با آهنرباهای فریتی ارائه شده است. از شکل 2 مقدار متوسط گشتاور 16.12 نیوتن بر متر و مقدار ریپل گشتاور 9.1 درصد می باشد.
شکل 2) مشخصه گشتاور دینامیکی موتور با آهنرباهای فریتی
از شکل 3 مقدار مقدار پیک مشخصه back-EMF حدود 250 ولت و شکل آن نیز تقریباً سینوسی است.
شکل 3) مشخصه back-EMF موتور با آهنرباهای فریتی
حال به سراغ نتایج مرحله دوم از شبیه سازی می رویم. در شکل های 4 و 5 به ترتیب مشخصه گشتاور و back-EMF موتور با آهنرباهای NdFeB ارائه شده است. با توجه به شکل 4 مقدار متوسط گشتاور در این مرحله برابر با 23.31 نیوتن بر متر و میزان ریپل گشتاور برابر با 13.34 درصد می باشد.
شکل 4) مشخصه گشتاور دینامیکی موتور با آهنرباهای NdFeB
از شکل 5 مقدار مقدار پیک مشخصه back-EMF حدود 361 ولت می باشد.
شکل 5) مشخصه back-EMF موتور با آهنرباهای NdFeB
نتیجه گیری: با مقایسه مشخصه گشتاور دینامیکی دو آزمایش مشخص می شود که میزان متوسط گشتاور در آزمایش دوم نسبت به آزمایش اول به میزان 45 درصد افزایش یافته است؛ به هر حال میزان ریپل گشتاور در آزمایش دوم بیشتر از آزمایش اول می باشد. از مقایسه شکل های 3 و 5 نیز مشخص می شود که پیک مشخصه back-EMF نیز در آزمایش دوم تقریباً 44.4 درصد نسبت به آزمایش اول بیشتر شده است که با توجه به رابطه مستقیم بین گشتاور و back-EMF این موضوع قابل انتظار بود.
——————————————————————————————————————-
مرجع
[1]
Huai-Cong Liu and et.al, ” Design of Permanent Magnet-Assisted Synchronous Reluctance”, IEEE Transactions on Magnetics,June 2017
——————————————————————————————————————
توجه: شما می توانید فایلهای پروژه شبیه سازی موتور رلوکتانسی سنکرون با آهنرباهای تعبیه شده را برای بررسی و مشاهده مشخصات خروجی بیشتر چون جریان، تلفات، چگالی شار، خطوط شار و … از لینک ادامه خریده و مورد استفاده قرار دهید. در انتها لطفاً نظرات خود را با ما در میان بگذارید.
