پایان نامه بهینه سازی طراحی و مدلسازی مطلوب با هدف افزایش بازده ی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی

فهرست مطالب

عنوان

فصل اول: مقدمه

1-1 کليات

1-2 لزوم انجام تحقيق

1-3  روند ارائه مطالب

فصل دوم: ساختمان موتور سنکرون آهنربای دائم خطی

2-1 نگاه کلي

2-2  موتورهاي يک بر

2-2-1  ساختار يک بر با اوليه کوتاه و آهنرباي سطحی (ساختار يک بر پايه)

2-2-2  ساختار يک بر با اوليه کوتاه و آهنرباي درونی

2-2-3  ساختار يک بر با اوليه کوتاه و آهنرباي درونی عمودی

2-2-4 ساختار يک بر با اوليه کوتاه و آرايش آهنرباي به صورت هالباخ

2-2-5 ساختارهاي يک بر با ثانويه کوتاه.

2-3 ساختارهاي دوبر

2-3-1 ساختارهاي دوبر با دوثانويه بلند ويک اوليه کوتاه با هسته هوايي (ساختار دوبر پايه)

2-3-2 ساختار دوبر با دوثانويه بلند ويک اوليه کوتاه يوغ دار

2-3-3 ساختار دوبر با دوثانويه بلند ويک اوليه کوتاه با آهنرباي دائمي دروني عمودی

2-3-4 ساختارهاي دوبر با يک ثانويه بلند و دو اوليه کوتاه

2-3-5 ساختارهاي دوبر با يک اوليه بلند و دو ثانويه کوتاه

2-3-6 ساختار دو بر با دو ثانويه کوتاه و يک اوليه دوبر

2-3-7  ساختار دو بر با يک ثانويه کوتاه و دو اوليه بلند

2-4 ساختارهاي لوله­اي

2-5  انتخاب ساختار مناسب

2-5-1  مقايسه برخي از ساختارها

2-5-2 بررسي دو موتور انتخابي

2-5-3 کاربرد لايه آلومينيومي در موتور

فصل سوم: مدلسازی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی

3-1 مدلسازي مغناطيسي به روش مدار معادل مغناطيسي

3-1-1 پيشينه پژوهش

3-1-2 مدل پيشنهادي

3-1-2-1 مدلسازي اوليه

3-1-2-2 مدلسازي ثانويه

3-1-2-3 مدلسازي فاصله هوايي و تشکيل مدار معادل

3-1-2-4  تابع توزيع چگالي شار

3-1-2-5 محاسبه نيرو

3-2-3  شبيه سازي و ارزيابي روش پيشنهادي

3-2 مدلسازي مغناطيسي به کمک روش حل معادلات ماکسول(لايه­اي)

3-4 مدلسازي الکتريکي

3-4 مدلسازي مکانيکي

فصل چهارم: طراحی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی

4-1  اصول طراحي و ارائه الگوريتم مربوط

4-1-1 روابط طراحي

4-1-2 محدويت حرارتي و ضد ­مغناطيسی آهنربا

4-1-3 محاسبه راکتانس­هاي موتور

4-1-4 محاسبه تلفات.

4-2 سيستم تصميم يار براي طراحي موتور

4-2-1 ضرورت و اصول سيستم تصميم يار

4-2-2 سيستم تصميم يار پيشنهادي

4-2-2-1 پايگاه داده

4-2-2-2 پايگاه دانش

4-2-2-3 سيستم داده کاوي و تصميم گيري

4-2-2-4 رابط کاربر

فصل پنجم: بهينه موتور سنکرون آهنربای دائم خطی

5-1 پيشينه پژوهش

5-2 بهينه سازي موتور سنکرون آهنرباي دائم خطي دوبر با هسته هوايي.

5-2-1 بهينه سازي نيرو به حجم.

5-2-1-1 بهينه­سازي با تغيير ابعاد آهنربا

5-2-1-2 بهينه سازي کلي موتور

5-2-2 بهينه سازي ضربان نيرو.

5-2-3  بهينه سازي چند منظوره

نتيجه گيری و پيشنهادها

مراجع

نوع فایل:قالب بندب ورد

تعداد صفحات:200

اندازه فایل:4.54مگابایت

چکيده:

امروزه موتورهاي خطي براي توليد حرکت­هاي انتقالي به طور گسترده­اي در صنعت مورد استفاده قرار مي­گيرند. در اين ميان­، موتورهاي سنکرون آهنرباي دائم خطي به دليل داشتن چگالي نيرو و راندمان زياد و عملکرد ديناميکي مناسب از اهميت و جايگاه ويژه­اي برخوردار است. عملکرد مناسب اين موتورها نيازمند بهينه سازي دقيق طراحی آنها است. بهينه سازي طراحی خود نيازمند مدلسازي مطلوب می­باشد. در اين پژوهش مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته ای با هدف تحلیل دقیق تلفات آهن ارائه شده است. به این منظور ابتدا مزايا و معايب مدار معادل های قبلی ارائه شده برای موتور سنکرون آهنرباي دائم بررسي شده که خلاء يک مدل مناسب که دقت قابل قبولی در پيش­بينی توزيع چگالي شار با در نظر گرفتن اثر جریان سیم پیچ ها، اشباع آهن و حرکت داشته باشد و در عين حال سادگی لازم برای استفاده در الگوريتم طراحی را نيز دارا باشد، در این میان احساس می­شود. لذا در اين پژوهش مدار معادل نسبتاً جديدي برای موتور سنکرون آهنربای دائم خطی یک بر با هسته آهنی و اولیه کوتاه ارائه شده است. اين مدار معادل علاوه بر قابلیت به پيش­بيني اثر شيارها بر توزيع چگالي شار آهنرباي دائم و اشباع آهن در دندانه و یوغ اثر جریان سیم پیچ اولیه را نیز در نظر می گیرد. در نتیجه این مدار معادل می تواند تلفات آهن را بطور نسبتاً قابل قبولی پیش بینی کرده و در عين حال سادگي لازم براي استفاده در الگوريتم طراحي را دارد. یکی دیگر از مزیت های این مدار معادل ثابت بودن ساختار آن در هنگام حرکت است. در ادامه تلفات آهن با این روش محاسبه شد که در مقایسه با نتایج حاصل از روش اجزاء محدود تنها حدود سه درصد تفاوت دارد. در ادامه تغییرات تلفات آهن با تغییر پارامترهای موتور بررسی شد. در نهایت بهينه­سازي طراحی با هدف­ افزایش بازده با در نظر گرفتن هفت پارامتر موتور انجام شد. نتایج نشان داد که بازده موتور بهینه حدود پنج درصد بیشتر از موتور نمونه است در حالیکه نیروی تولیدی تقریبا ثابت باقی ماند. صحت اين نتايج به کمک تحليل اجزاء محدود غير خطي ديناميک تأييد شده است.

کليات

امروزه موتورهاي خطي در کاربردهايي که در آنها به حرکت­هاي انتقالي و رفت و برگشتي نياز است، به طور گسترده­اي مورد استفاده قرار مي­گيرند [1]. علي رغم اينکه موتورهاي گردان نيز به کمک اجزاء مکانيکي جانبي قادر به توليد حرکت خطي هستند ولي مزاياي موتورهاي خطي در اينگونه کاربردها  سبب شده است که  اين موتورها در پژوهش­هاي بسياري مورد توجه قرار بگيرند. مهمترين مزيت اين موتورها توليد مستقيم حرکت انتقالي و در نتيجه حذف اجزاء تبديل کننده حرکت گردان به حرکت انتقالي است [2]. حذف اين اجزاء منجر به حذف تلفات و لقي ناشي از آنها شده و در نتيجه راندمان، دقت و قابليت اطمينان سيستم افزايش مي­يابد.

موتورهاي خطي نيز همانند موتورهاي گردان از لحاظ اصول عملکرد به انواع مختلفي تقسيم مي­شوند. با اين تفاوت که ساختارهاي موجود در هر نوع از موتورهاي خطي به مراتب بيشتر و متنوع­تر از ساختارهاي مربوط به موتورهاي گردان مي­باشند. از ميان انواع مختلف اين موتورها موتور سنکرون آهنرباي دائم خطي به دليل خصوصيات ويژه­اي از قبيل، چگالي نيرو و راندمان زياد، عملکرد ديناميکي خوب و ساختار کنترلي نه چندان پيچيده بسيار مورد توجه است [3و4].

نياز به ادوات الکترونيک قدرت براي راه­اندازي و کنترل اين دسته از موتورها و هزينه زياد آن از يک طرف و قيمت بالاي آهنربا از سوي ديگر دو مشکل عمده توليد و استفاده از اين موتورها در صنايع گوناگون بوده ­است. امروزه با ظهور ادوات الکترونيک سريع و ارزان و کشف منابع آهنرباي دائم بسيار قدرتمند و کاهش نسبي قيمت آهنرباي دائم، ساخت اين موتورها و استفاده از آنها در صنعت اقتصادي و عملي شده است.

هم اينک موتورهاي سنکرون اهنرباي دائم بيشترين حجم توليد تجاري و پژوهشي موتورهاي خطي را به خود اختصاص داده است [5-9]. کاربردهاي متعددي در رنج وسيعي از عملکرد براي اينگونه موتورها وجود دارد. از اين جمله مي­توان به کاربردهاي بسياردقيق و با توان نسبتاً کم مانند صنايع توليد نيمه­هادي­ها [10] تا کاربردهايي با توان­هاي بالا مانند صنايع حمل و نقل [11] اشاره کرد. برخي ديگر از کاربرهاي اينگونه موتورها در زير آمده است:

• ميزهاي متحرک براي نصب قطعات بر روي بردهاي الکترونيکي
• دستگاه­هاي برش ديجيتالي
• کاربردهاي پزشکي مانند تخت دستگاه اسکن مغز
• پرينترها و پلاترهاي بزرگ