یک طراحی جدید از موتور کوچک برجسته دوگانه تک فاز آهنربای دائمی فریت استاتور
چکیده
مقاله حاضر، یک موتور جدید آهنربای دائمی فریت استاتور تک فاز با دو سیم پیچ را معرفی می کند [1]. اهداف اصلی مطالعه حاضر عبارت هستند از کاهش هزینه های مادی و همچنین هزینه های ساخت یک توپولوژی مقاوم با بازده 90% برای یک مورد مطالعاتی 35W و 1600 rpm. به دلیل خطوط شار پیچیده (با شکاف مخروطی برای خودراه اندازی) و اشباع مغناطیسی، مشخص سازی FEM مستقیم (طراحی اولیه) اعمال شد. مدل سازی سیمولینک متلب برای دینامیک های کنترل شده که از FEM تحمیل شده بر گشتاور ذوزنقه ای، emf و اندوکتانس به همراه شکل موج های مکان روتور استفاده می کردند، راه اندازی نرم موتور را تا سرعت اسمی برای عملکرد سرعت، بار کامل در حلقه باز (V/f) و کنترل حلقه بسته اثبات کرد.
1- مقدمه
توان کم و در مقابل، بازده بالا در وسایلی که داری موتورهای با هزینه متوسط هستند بویژه در لوازم خانگی و ابزارهای اطلاعاتی به صورت شدیدی مورد نیاز است. خط شروع القای فاز گسسته [2] و پس از آن موتورهای سنکرون با آهنربای دائمی (PM) [3] برای دهه های متمادی در این حوزه به کار برده شدند. اما مزیت سرعت متغیر در تبدیل انرژی در کمپرسور کوچک یا بارهای پمپ منتج به نفوذ وسیع معکوس کننده هایی شد که با موتور جریان متناوب تغذیه می شوند و در توان های کوچک کار می کنند [4]. موتورهای سنکرون با آهنربای دائمی PMSM به دلیل بازده بالاتر و انداز فشرده، اولین انتخاب هستند. اما افزایش سریع در آهنرباهای انرژی بالا (NdFeB) پژوهش‌گران را به یافتن موتورهای الکتریکی ارزان تر هدایت کرده است. موتورهای سنکرون با آهنربای دائمی فریت با پیکربندی سه فاز به همراه موتورهایی که دارای تمرکز شار بالایی هستند برای برآورده کردن همان بازده توسط NdFeB PMSM مورد نیاز هستند با این ویژگی که دارای وزن بالاتری هستند اما هزینه اولیه کمتری دارند [5]. از سوی دیگر، درایوهای SRM 1 و 3 فاز در این حوزه استفاده شده اند. با این حال، فرکانس پایین، کنترل پیچیده و نویز بالا استفاده از SRM را در توان های کمتر محدود می کند مگر این که شاید در سرعت های فوق بالا (جاروبرقی) استفاده شوند. یک پیکربندی موتور برجسته دوگانه PM استاتور در این مقاله معرفی شده است. این پیکربندی از اصول تغییر شار (یا سوئیچینگ شار) سرچشمه می گیرد [6] اما تنها دو سیم پیچ و آهنرباهای دائمی تخت به راحتی از بیرون در هسته استاتور بعد از سیم پیچ قرار گرفته اند که به میزان زیادی ساخت موتور را راحت کرده است در حالی که روتور برجسته هم مقاوم است. یک شکاف هوایی مخروطی شکل در روتور امکان خودراه اندازی امن از یک نقطه خود توقفی منحصر به فرد را می دهد.
مقاله به صورت زیر سازمان دهی شده است:
• بخش 2 طرح هندسی موتور را با توجه به ملزومات طراحی ارائه می کند.
• بخش 3 تحلیل FEM و روش طراحی را نشان می دهد.
• بخش 4 تحلیل FEM با توجه به عملیات بار و بدون بار انجام می ش تا عملکرد و پارامترهای موتور تعیین شوند.
• بخش 5 نتایج مقایسه طراحی های موتور تک فاز پیشنهادی و جواب موجود (Ferrite PM BLAC سطح 3 فاز) را ارائه می کند.
• بخش 6 دینامیک کنترل را در موتور تک فاز و تحت دو حالت ارائه می کند تا عملکرد آن اثبات شود.
• بخش 7 بحث و نتایج ارائه می شوند.
Abstract
The present paper introduces a novel two coil 1 phase stator Ferrite PM motor [1]. The main targets are reduced material and fabrication costs in a robust topology at 90% efficiency for a 35W, 1600 rpm case study. Due to complicated flux lines (with tapered airgap for self-starting) and magnetic saturation, direct FEM characterization (preliminary design) was applied. Matlab Simulink modeling for controlled dynamics which made use FEM imposed cogging torque, emf and inductance with rotor position waveforms proved smooth motor starting to rated speed for speed performance, full load in both open loop (V/f) and close loop control.
I. INTRODUCTION
Small power, even highs .efficiency at moderate cost motor appliances are vastly needed for home appliances and infogadgets. The line start split phase induction [2] and lately PM synchronous motors [3] have been used for decades for the scope. But the advantage for variable speed on the energy conversion in small compressor or pump loads has led to the recent strong penetration of inverter fed ac motor drives at small power [4]. PMSMs are the prime candidates due to their higher efficiency and compact size. But the recent sharp increase in high energy (NdFeB) magnets has led to the search for lower cost small electric motors. Ferrite-PMSM in varies 3-phase configuration with high flux concentration motors are required to match the NdFeB PMSM for same efficiency, at larger weight, but at lower initial cost [5]. On the other hand 1 phase and 3 phase SRM drives have been used for the scope. However, the lower efficiency, complicated control, higher noise limits the utilization of SRM in small power applications, with the exception, perhaps, of super high speeds (vacuum cleaner). A stator PM doubly salient motor configuration is introduced in the paper. It stems from the flux reversal (or flux switching) principles [6], but the use of only two coils and of flat PMs to be introduced in the stator core simply from outside after winding the motor simplifies notably the fabrication, while the salient rotor is robust. The tapered airgap in the rotor allows for safe self-starting from a unique self-parking position.
The paper is organized as follows:
• section II presents the motor geometry along with the design requirements.
• section III shows the FEM analysis and design methodology
• section VI displays FEM analysis regarding load and no load operation in order to determine motor’s parameters and performance
• section V presents comparative design results between the proposed 1 phase motor and an existing solution (3 phase surface Ferrite PM BLAC)
• section VI presents the control dynamics on the studied 1 phase motor, under two cases, in order to prove its performance
• section VII contains discussion and conclusions
چکیده
مقدمه
هندسه موتور
روش طراحی با کمک FEM
تحلیل FEM
الف) بدون بار
ب) بار
دینامیک کنترل شده
بحث و نتیجه گیری
Abstract
I. INTRODUCTION
II. MOTOR GEOMETRY
III. FEM ASSISTED DESIGN METHODOLOGY
A. No load
B. Load
C. Iron loss computation
D. Copper losses computation
V. COMPARATIVE DESIGN RESULTS
VI. CONTROLLED DYNAMICS
A. Dynamic model
B. Operation with impressed voltage versus rotor position (under torque proportional with speed)
C. Operation with speed and current control
VII. DISCUSSION AND CONCLUSIONS
- 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