تاثیر موارد مغناطیسی جدید در طراحی ماشین: عملیات با سرعت بالا و کاهش تلفات

چکیده 

کلمات کلیدی

1. مقدمه 

2. مشخصات مواد جدید

شکل 1. ماشین با آهنربای دائمی که بار اهمی را از طریق یکسوساز تغذیه میکند؛ (a) تغییرات جریان-زمان فازی (b) تغییرات ولتاژ-زمان فازی

شکل 2. ساختار ماشین استاندارد که بار اهمی را از طریق یکسوساز تغذیه میکند

3. طرح ماشین با آهنربای دائم

شکل 3. توزیع میدانی بخش یک قطبی ماشین با آهنربای دائمی: (a) حالت شکاف نیمه-بستهی بی باری؛ (b) حالت شکاف باز بیباری؛ (c) حالت شکاف بستهی بار کامل؛ (d) حالت شکاف باز بار کامل. 

جدول 1

پارامترهای مدار معادل محاسبه شده برای ماشین با آهنربای دائمی 18-قطبی

4. نتایج و بحث

شکل 4. نیروی الکتروموتور در هر فاز (حالت بیباری): (a) نتیجهی شبیه سازیشده 

شکل 5. ولتاژ در هر فاز (حالت ماشین در بار کامل)؛ (a) نتیجهی شبیهسازی شده (حالت شیار باز)؛ (b) نتیجهی شبیه سازی شده حالت شیار نیمه بسته)؛ (c) نتیجه ی آزمایشگاهی

این مقاله ملاحظاتی را در خصوص محرک برقی ارائه می دهد که با استفاده از مشخصات مواد مغناطیسی جدید حاصل می شوند. این مواد ریبون های آلیاژ آمورف و همچنین مغناطیس های دائمی (آهنرباها) الیاژ نئودیوم هستند که تلفات جریان ادی بسیار کمی دارند. چنین موادی باعث می شوند تا ماشین الکتریکی در فرکانس های بالاتر در مقایسه با ورقه های اهنی استاندارد بکار رفته در ساختار مداری مغناطیسی مورد بهره برداری قرار گیرند.

پیشرفت های فن آورانه ی اخیر در ساخت مواد جدید برای پیشبرد ساختارهای جدید ماشین الکتریکی بسیار امیدبخش هستند که باعث عملکرد بهبود یافته ی این ماشین ها شده است [1]. لذا، آهنرباهای دائمی بطور گسترده ای برای جایگزینی سیم پیچ تحریک در ماشین های سنکرون با مزایایی از قبیل طراحی ساده ی روتوری بدون سیم پیچ های میدان، حلقه های لغزشی و ژنراتور محرک بکار برده شده اند که مانع از توزیع حرارت در روتور شده و بازده کل بالاتری را در پی دارد. می توان طراحی روتور را در سه نوع اصلی مطابق بر موقعیت آهنربا تفکیک کرد: طراحی «داخلی» [2]، طراحی «محیطی» [3] و طراحی نوع «قطب پنجه ای». در این مقاله ساختار ماشین نوع محیطی را بکار می بندیم [5، 6]. در سمت استاتور، مواد مورد نظر از نوع ریبون های آلیاژ آمورف با تلفات بسیار کم جریان ادی هستند. چنین موادی باعث می شوند تا عملیات ماشین الکتریکی در فرکانس¬های بالاتر در مقایسه با ورقه های آهنی استاندارد بکار رفته در ساختار معمولی مدار مغناطیسی میسر گردد و بازده بهتری حاصل شود. مولفان مطالعه روی نمونه ی اولیه ی ماشین با اهنربای دائمی را بر اساس چنین موادی از طریق روش طراحی سه مرحله ای انجام دادند. در گام اول، روش طراحی معمول براحتی برای در نظر گرفتن ویژگی مواد مغناطیسی جدید بکار برده شدند. در مرحله ی دوم، مشخصات ماشین با محاسبات میدانی از طریق روش های المان-محدود بررسی شدند. در مرحله ی سوم، نمونه ی اولیه به منظور تایید عملکرد ماشین ایجاد شد. تلفات پایین و توان حجمی بالای مرتبط با سرعت بالا و عملیات ماشین مبدل مزایای اصلی چنین کاربردهایی هستند [5، 7].