مقایسه عملکرد موتور دو طرف برجسته با آهنرباهای فریتی چند V شکل
چکیده
مقاله حاضر تحلیل ساختار دو طرف برجسته با سیم‌پیچ دندانه‌دار متمرکز و آهنرباهای فریت چند V شکل را ارائه می‌دهد. دستگاه‌های سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) عموماً با آهنرباهای نادر خاکی یا با آهنرباهای فریت و سیم‌پیچ‌های توزیعی بکار می‌روند. توپولوژی پیشنهادی به‌عنوان یک توپولوژی پیشرفته در PMSM برای کاربردهای گشتاور بالا و سرعت زیاد ارائه‌شده است. این توپولوژی به دلیل انتهای سیم‌پیچ کوتاه و مزیت‌های حاصل از هزینه کم درنتیجه فقدان مواد نادر خاکی آن دارای تلفات مسی پایینی است. مقاله حاضر دو ترکیب شکاف / قطب 18/16 و 12/10 را ارائه می‌دهد. همچنین روش تحلیل المان محدود دوبعدی برای بررسی گشتاور میانگین، ضریب توان و ریپل گشتاور هر ساختار بکاررفته است. نشان داده‌شده است که عملکرد بالا برای هر دو موتور قابل‌دسترس است. بااین‌حال، تحلیل پارامتری روی موتور 18/16 انجام شد و نشان داد که گشتاور محرک (saliency torque) بدون کاهش گشتاور و ضریب توان قابل‌بهبود نیست. برای موتور 12/10، مانع اصلی آن ریپل گشتاور بالای آن است. ریپل گشتاور با استفاده از دو روش کاهش می‌یابد: انحراف گام روتور و استفاده از شکل قطب نامتقارن. در این مقاله، ترکیب هر دو روش به‌منظور کاهش هارمونیک گشتاور ویژه پیشنهادشده است. نهایتاً، مقایسه دو موتور نیز انجام می‌شود تا تعیین شود که کدام یک برای کاربرد گشتاور بالا و سرعت کم مناسب هستند.
1. مقدمه
تحقیق و توسعه موتورهای گشتاور بالا در کاربردهای تحریک مستقیم اخیراً توجه چشمگیری را به‌خصوص در زمینه ابزارهای ماشینی، منتقل‌کننده‌ها و آسانسورها جلب کرده است. به‌طورکلی، چنین ابزارهایی در سرعت‌های چرخشی کم عمل می‌کنند. سیستم تحریک رایج که استفاده از موتور سرعت بالا با کاهنده سرعت مکانیکی را شامل می‌شود، دارای چندین مانع به‌خصوص تلفات مکانیکی اضافی ناشی از کاهنده سرعت و قابلیت اطمینان پایین آن است. ازاین‌رو، تولید گشتاور بالا در سرعت پایین در پیکربندی تحریک مستقیم برای محققان و طراحان یک چالش جدی است. چنین سیستمی نسبت به همتای کلاسیک خود بسیار مطمئن‌تر و مؤثرتر است. به‌طورکلی آهنرباهای نادر زمینی مانند نئودیمیم-آهن-برم (NdFeB) یا ساماریوم-کبالت (SmCo) استفاده می‌شوند. این آهنرباها قادر به تولید میدان‌های مغناطیسی قوی هستند و برای دستگاه‌های سنکرون در کاربردهای چگالی گشتاور بالا بسیار مناسب هستند. طراحی موتورهای سنکرون مغناطیس دائم (PMSM) با چگالی گشتاور بالا به‌طور فعالانه‌ای بررسی‌شده است. محققان بسیاری از توپولوژی‌ها و اصول عملیاتی مختلف را بررسی کرده‌اند. به‌منظور بهبود گشتاور، ساختار شکاف هوای دوگانه به‌طور گسترده‌ای مطالعه شده است. موتورهای با دو استاتور و یک روتور با سیم‌پیچ گسترده [2, 3] قادر به تولید گشتاور بالا هستند، اما فرایند تولید چنین طراحی‌هایی بسیار پیچیده است. رویکرد دیگر برای بهبود گشتاور افزایش سطح شکاف هوا است: این امر با استفاده از روتور خارجی [4 – 6] انجام شد. اخیراً یک اصل عملیاتی بسیار مدرن که به سوئیچینگ شار معروف است، ظهور کرده است. آهنرباها در سمت استاتور هستند و روتور یک مدار مغناطیسی غیرفعال با قطب‌هایی مشابه با قطب مورداستفاده در موتورهای رلوکتانس سوئیچ‌شده [7 – 9] است. وقتی آهنرباها روی استاتور قرار داده می‌شوند، افزایش دمای آن‌ها به‌آسانی مدیریت می‌شود و خطر مغناطیس‌زدائی نیز کاهش می‌یابد. دستگاه‌های سوئیچینگ شار تحریک ترکیبی (هیبریدی) نیز مورد مطالعه قرارگرفته‌اند [11-14]. سیم‌پیچ تحریک اضافی قابلیت شار متغیر را ارائه می‌دهد، اما ساختار را بسیار پیچیده می‌سازد و نیازمند اینورتر (معکوس کننده) اضافی برای تأمین سیم‌پیچ تحریک است.
Abstract
This paper presents the analysis of a novel doubly salient structure with concentrated tooth winding and multi-V shape ferrite magnets. Permanent Magnet Synchronous Machines (PMSM) have been universally used with rare-earth magnets or with ferrite magnets and distributed winding. The proposed topology is presented as an improvement to PMSM for high torque and low-speed applications. It has low copper losses due to its short end-winding and benefits from a low cost by virtue of its lack of rare earth materials. This paper presents two slot/pole combinations: the 18/16 and the 12/10. A 2D Finite Element Analysis is used to investigate the average torque, the power factor and the torque ripple of each structure. It is shown that high performance is achieved for both motors. However, a parametric- analysis is performed on the 18/16 motor and shows that the saliency torque cannot be improved without reducing the torque and the power factor. As for the 12/10 motor, its main drawback is its high torque ripple. The torque ripple is reduced using two techniques; a rotor step skew and the use of an asymmetric pole shape. In this paper, a combination of both methods is proposed in order to reduce specific torque harmonics. Finally a comparison of the two motors is presented in order to determine which one is more suitable for the high torque and low speed application.
1. INTRODUCTION
Research and development of high torque motors in direct drive applications gained significant attention recently, especially in the field of machine-tools, conveyers, elevators, etc. Generally, such applications operate at low rotational speeds. The conventional drive system, which consists of using a high-speed motor with a mechanical speed reducer, has many drawbacks especially the additional mechanical losses caused by the speed reducer and its low reliability. Hence, the production of high torque at low speed in a direct drive configuration is becoming a challenge for the machine designers and researchers. Such a system would be more reliable and efficient than the classical one. Rare-earth magnets such as Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) or Samarium-Cobalt (SmCo) are generally used. These magnets are capable of producing strong magnetic fields and are suitable for synchronous machines in high torque density applications. The design of Permanent Magnet Synchronous Motors (PMSM) with high torque density is actively studied. Researchers investigated many topologies and different operating principles. In order to improve the torque, the double air-gap structure has been widely studied. Motors with 2 stators and 1 rotor with distributed winding [1] or concentrated winding [2], [3] are able to produce a high torque but the manufacturing process of such designs is very complicated. Another approach to improve the torque is to increase the surface of the air-gap; this is done using an exterior rotor [4]– [6]. A more novel operating principle emerged lately, known as flux switching. The magnets are on the stator side and the rotor is a passive magnetic circuit with poles similar to the one used in switched reluctance motors [7]–[9]. When the magnets are placed on the stator, their temperature rise may be more easily managed and the risk of demagnetization is reduced [10]. Hybrid excitation flux switching machines were also studied [11]–[14]. The extra excitation winding offers a variable flux capability, but it makes the structure more complex and requires an additional inverter to supply the excitation coil.
چکیده
1.مقدمه
2.تحلیل ساختار 18/16
A – پیکربندی سیم‌پیچ برای موتور 18/16
B – بررسی ساختار موتور
C – بررسی گشتاور محرک
D – تحلیل گشتاور کل و ضریب توانی
E – تائید کیفیت گشتاور
F – نتیجه‌گیری برای ساختار 18/16
3. تحلیل ساختار 12/10
A – پیکربندی سیم‌پیچ برای موتور 12/10
B – عملکرد ساختار پیشنهادی
C – انحراف گام روتور
D – کاهش ریپل گشتاور قطب نامتقارن
E – ترکیب انحراف گام روتور و قطب‌های نامتقارن
راهبرد بهبود 2nd
F – نتیجه‌گیری ساختار 12/10
4.مقایسه ساختارهای 18/16 و 12/10
5.نتیجه‌گیری
Abstract
1. INTRODUCTION
2. ANALYSIS OF THE 18/16 STRUCTURE
A. Winding Configuration for the 18/16 Motor
B. Motor Structure Investigation
C. Saliency Torque Investigation
E. Torque Quality Verification
F. Conclusion for the 18/16 structure
3. ANALYSIS OF THE 12/10 STRUCTURE
A. Winding Configuration for the 12/10 Motor
B. Performance of the Proposed Structure
C. Rotor Step Skewing
D. Asymmetric Pole torque ripple reduction
E. Combination of Rotor Step Skewing and Asymmetric Poles
F. Conclusions on the 12/10 structure
4. COMPARISON OF THE 18/16 AND THE 12/10 STRUCTURES
5. CONCLUSION
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت ورد (word) با قابلیت ویرایش، بدون آرم سایت ای ترجمه
- ترجمه فارسی مقاله با فرمت pdf، بدون آرم سایت ای ترجمه