پایان نامه کارشناسی ارشد برق قدرت
طراحی بهینه و مدلسازی مطلوب، موتورآهنربای دائم خطی اثر شیارها بر توزیع چگالی شار
125 صفحه در قالب word
به همراه کدهای نوشته شده در سیمولینک MATLAB
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه 1
1-1 کلیات 1
1-2 لزوم انجام تحقیق 3
1-3 روند ارائه مطالب 6
فصل دوم: ساختمان موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 8
2-1 نگاه کلی 8
2-2 موتورهای یک بر 12
2-2-1 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای سطحی (ساختار یک بر پایه) 12
2-2-2 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای درونی 13
2-2-3 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای درونی عمودی 14
2-2-4 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آرایش آهنربای به صورت هالباخ 15
2-2-5 ساختارهای یک بر با ثانویه کوتاه 16
2-3 ساختارهای دوبر 18
2-3-1 ساختارهای دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه با هسته هوایی (ساختار دوبر پایه) 18
2-3-2 ساختار دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه یوغ دار 19
2-3-3 ساختار دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه با آهنربای دائمی درونی عمودی 21
2-3-4 ساختارهای دوبر با یک ثانویه بلند و دو اولیه کوتاه 22
2-3-5 ساختارهای دوبر با یک اولیه بلند و دو ثانویه کوتاه 24
2-3-6 ساختار دو بر با دو ثانویه کوتاه و یک اولیه دوبر 25
2-3-7 ساختار دو بر با یک ثانویه کوتاه و دو اولیه بلند 26
2-4 ساختارهای لولهای 27
2-5 انتخاب ساختار مناسب 28
2-5-1 مقایسه برخی از ساختارها 28
2-5-2 بررسی دو موتور انتخابی 31
2-5-3 کاربرد لایه آلومینیومی در موتور 33
فصل سوم: مدلسازی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 36
3-1 مدلسازی مغناطیسی به روش مدار معادل مغناطیسی 37
3-1-1 پیشینه پژوهش 39
3-1-2 مدل پیشنهادی 46
3-1-2-1 مدلسازی اولیه 47
3-1-2-2 مدلسازی ثانویه 48
3-1-2-3 مدلسازی فاصله هوایی و تشکیل مدار معادل 49
3-1-2-4 تابع توزیع چگالی شار 51
3-1-2-5 محاسبه نیرو 55
3-2-3 شبیه سازی و ارزیابی روش پیشنهادی 56
3-2 مدلسازی مغناطیسی به کمک روش حل معادلات ماکسول(لایهای) 60
3-4 مدلسازی الکتریکی 66
3-4 مدلسازی مکانیکی 68
فصل چهارم: طراحی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 69
4-1 اصول طراحی و ارائه الگوریتم مربوط 70
4-1-1 روابط طراحی 70
4-1-2 محدویت حرارتی و ضد مغناطیسی آهنربا 74
4-1-3 محاسبه راکتانسهای موتور 76
4-1-4 محاسبه تلفات 79
4-2 سیستم تصمیم یار برای طراحی موتور 84
4-2-1 ضرورت و اصول سیستم تصمیم یار 84
4-2-2 سیستم تصمیم یار پیشنهادی 87
4-2-2-1 پایگاه داده 87
4-2-2-2 پایگاه دانش 88
4-2-2-3 سیستم داده کاوی و تصمیم گیری 88
4-2-2-4 رابط کاربر 70
فصل پنجم: بهینه موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 93
5-1 پیشینه پژوهش 93
5-2 بهینه سازی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی دوبر با هسته هوایی 95
5-2-1 بهینه سازی نیرو به حجم 95
5-2-1-1 بهینهسازی با تغییر ابعاد آهنربا 99
5-2-1-2 بهینه سازی کلی موتور 102
5-2-2 بهینه سازی ضربان نیرو 105
5-2-3 بهینه سازی چند منظوره 111
نتیجه گیری و پیشنهادها 116
مراجع 119
پیوستها 125
پیوست الف 125
پیوست ب 125
چکیده:
امروزه موتورهای خطی برای تولید حرکتهای انتقالی به طور گستردهای در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. در این میان، موتورهای سنکرون آهنربای دائم خطی به دلیل داشتن چگالی نیرو و راندمان زیاد و عملکرد دینامیکی مناسب از اهمیت و جایگاه ویژهای برخوردار است. عملکرد مناسب این موتورها نیازمند بهینه سازی دقیق طراحی آنها است. بهینه سازی طراحی نیازمند انتخاب ساختار مناسب، مدلسازی مطلوب و طراحی ابتدایی خوب میباشد. در این پژوهش ابتدا مزایا و معایب ساختارهای مختلف موتور سنکرون آهنربای دائم خطی بررسی شده و دو ساختار انتخاب شده است. پس از آن مدلسازی موتور مورد توجه قرار گرفته است. در زمینه مدلسازی خلاء یک مدل مناسب که دقت قابل قبولی در پیشبینی توزیع چگالی شار داشته باشد و در عین حال سادگی لازم برای استفاده در الگوریتم طراحی را نیز دارا باشد، احساس میشد. لذا در این پژوهش مدار معادل نسبتاً جدیدی به همراه تابعی به نام تابع توزیع چگالی شار ارائه شده است. این روش قادر به پیشبینی اثر شیارها بر توزیع چگالی شار آهنربای دائم است و در عین حال سادگی لازم برای استفاده در الگوریتم طراحی را دارد. سپس الگوریتم مناسبی جهت طراحی موتور ارائه شده است. در ادامه سیستم تصمیم یاری برای کمک به طراح در انتخاب پارامترهای آزاد طراحی ارائه شده است. مهمترین فصل پایان نامه مربوط به بهینهسازی طراحی موتور میباشد. بهینهسازی طراحی با هدفهای مجزا و نیز با توابع هدف ترکیبی انجام شده است و نتایج حاصل با هم مقایسه گردیده است. نتایج حاصل حاکی از بهبود رفتار موتور از نظر افزایش نیروی رانش تولیدی و کاهش ضربان آن به همراه کاهش آهنربای مصرفی در ساخت موتور است. صحت این نتایج به کمک تحلیل اجزاء محدود غیر خطی دینامیک تأیید شده است.
1-1 کلیات
امروزه موتورهای خطی در کاربردهایی که در آنها به حرکتهای انتقالی و رفت و برگشتی نیاز است، به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند [1]. علی رغم اینکه موتورهای گردان نیز به کمک اجزاء مکانیکی جانبی قادر به تولید حرکت خطی هستند ولی مزایای موتورهای خطی در اینگونه کاربردها سبب شده است که این موتورها در پژوهشهای بسیاری مورد توجه قرار بگیرند. مهمترین مزیت این موتورها تولید مستقیم حرکت انتقالی و در نتیجه حذف اجزاء تبدیل کننده حرکت گردان به حرکت انتقالی است [2]. حذف این اجزاء منجر به حذف تلفات و لقی ناشی از آنها شده و در نتیجه راندمان، دقت و قابلیت اطمینان سیستم افزایش مییابد.
موتورهای خطی نیز همانند موتورهای گردان از لحاظ اصول عملکرد به انواع مختلفی تقسیم میشوند. با این تفاوت که ساختارهای موجود در هر نوع از موتورهای خطی به مراتب بیشتر و متنوعتر از ساختارهای مربوط به موتورهای گردان میباشند. از میان انواع مختلف این موتورها موتور سنکرون آهنربای دائم خطی به دلیل خصوصیات ویژهای از قبیل، چگالی نیرو و راندمان زیاد، عملکرد دینامیکی خوب و ساختار کنترلی نه چندان پیچیده بسیار مورد توجه است [3و4].
نیاز به ادوات الکترونیک قدرت برای راهاندازی و کنترل این دسته از موتورها و هزینه زیاد آن از یک طرف و قیمت بالای آهنربا از سوی دیگر دو مشکل عمده تولید و استفاده از این موتورها در صنایع گوناگون بوده است. امروزه با ظهور ادوات الکترونیک سریع و ارزان و کشف منابع آهنربای دائم بسیار قدرتمند و کاهش نسبی قیمت آهنربای دائم، ساخت این موتورها و استفاده از آنها در صنعت اقتصادی و عملی شده است.
هم اینک موتورهای سنکرون اهنربای دائم بیشترین حجم تولید تجاری و پژوهشی موتورهای خطی را به خود اختصاص داده است [5-9]. کاربردهای متعددی در رنج وسیعی از عملکرد برای اینگونه موتورها وجود دارد. از این جمله میتوان به کاربردهای بسیاردقیق و با توان نسبتاً کم مانند صنایع تولید نیمههادیها [10] تا کاربردهایی با توانهای بالا مانند صنایع حمل و نقل [11] اشاره کرد. برخی دیگر از کاربرهای اینگونه موتورها در زیر آمده است:
- میزهای متحرک برای نصب قطعات بر روی بردهای الکترونیکی
- دستگاههای برش دیجیتالی
- کاربردهای پزشکی مانند تخت دستگاه اسکن مغز
- پرینترها و پلاترهای بزرگ
- اتوماسیون صنعتی و اداری و ...
عملکرد مناسب موتورهای سنکرون آهنربای دائم خطی نیاز به طراحی و بهینه سازی دقیق آنها دارد. بهینه سازی نیازمند طراحی ابتدایی و طراحی ابتدایی نیز نیازمند مدلسازی مناسب موتور است. برای مدلسازی این موتورها باید ابتدا ساختار موتور مشخص باشد. ساختار موتورهای سنکرون آهنربای دائم خطی بسیار متنوع و گسترده است. ماهیت خطی بودن و ساختارهای مختلف آن مانند یکبر، دوبر و غیره در کنار آرایش و طرق مختلف بکارگیری آهنربای دائم، ساختارهای مختلفی را برای این موتورها امکان پذیر کرده است. لذا با توجه به کاربرد مورد نظر ساختار مناسب انتخاب میشود. پس از انتخاب ساختار مناسب نوبت به مدلسازی میرسد. داشتن مدلی مناسب برای تحلیل پدیدههای حاکم بر موتور و طراحی آن کمک میکند. مدلسازی شامل تعیین روابط حاکم بر موتور است و به بخشهای مختلفی تقسیم میشود. بعد از مدلسازی، طراحی موتور بر اساس روابط بدست آمده در مدلسازی و با توجه به خواستهها و نیازهای مربوط به کاربرد آن ضروری است. طراحی ابتدایی ممکن است از بسیاری جهات بهینه نباشد. لذا بهینه سازی برای مشخصات و پارامترهای مورد نظر الزامی است. بهینه سازی بعد از طراحی ابتدایی انجام میشود. در نهایت نیز طراحی باید به کمک روش مناسبی تأیید شود. بهترین روش تأیید طراحی ساخت عملی موتور است ولی از آنجا که ساخت موتور هزینه زیادی دارد لذا قبل از ساخت میتوان به کمک های روشهای دقیق عددی صحت طراحی را مورد بررسی قرار داد. روشهای عددی متعددی برای تحلیل مسائل الکترومغناطیس وجود دارد. در این میان روش اجزاء محدود به علت برخی ازمزایا در مسائل فرکانس پایین عمومیت بیشتری یافته و اکثر نرمافزارها از این روش برای تحلیل مسائل الکترومغناطیسی استفاده میکنند. دلیل این امر کوچکتر شدن ماتریسها و سادهتر شدن حل معادلات حاکم بر مسائل الکترمغناطیس فرکانس پایین است. بعد از تأیید طراحی نیز نوبت به ساخت موتور خواهد رسید که باید در آن محدودیتها و ملاحظات عملی به طور کامل مورد توجه قرار گیرد. مراحل مختلف طراحی و ساخت یک موتور در شکل 1-1 نمایش داده شده است.
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
