طراحی و ساخت روتور برای موتور سوئیچ رلوکتانس برای بهبود پروفایل گشتاور

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 گروه مهندسی برق قدرت، دانشکده مهندسی، دانشکاه صنعتی شاهرود، شاهرود ایران

2 دانشکده مهندسی برق، دانشگاه صنعتی شاهرود

3 گروه برق، دانشکده مهندسی، واحد مشهد، دانشگاه آزاد اسلامی، مشهد، ایران

چکیده

در این مقاله اثر فاصله هوایی غیر یکنواخت روی پروفایل گشتاور موتور سوئیچ رلوکتانسی با چهار قطب روی استاتور و دو قطب روی روتور مورد بررسی قرار گرفته‌است. برای این منظور دو رتور با استاتور یکسان، طراحی، بهینه سازی و ساخته شده‌است. روتور اول دارای فاصله هوایی یکنواخت در حالت همراستا است و روتور دوم نیز در نیمی از قطب روتور دارای فاصله هوایی یکسانی با حالت قبل است ولی در نیمۀ دیگر قطب، فاصله هوایی می‌تواند غیر یکنواخت باشد. هدف از بهینه‌سازی، رسیدن به پروفایل گشتاور مطلوب است که در سرعت‌های بالا ریپل گشتاور را کاهش و در عین حال گشتاور متوسط مطلوبی داشته باشد. از تحلیل اجزاء محدود برای محاسبۀ پروفایل گشتاور و از الگوریتم ژنتیک برای بهینه‌سازی، استفاده شده‌است. متغیرهای بهینه‌سازی عبارتند از قوس قطب روتور و پهنای یوغ روتور؛ البته در روتور دوم متغیر دیگری که میزان غیر‌‌یکنواختی فاصله هوایی را تعیین می‌کند، نیز اضافه می‌شود. نتایج تحلیل نشان میدهد موتوری که فاصله هوایی غیر یکنواخت دارد، تطابق بیشتری با پروفایل گشتاور مطلوب دارد و نیروهای شعاعی کمتری تولید می‌کند. نتایج آزمایشگاهی نمونۀ ساخته شده با نتایج تحلیلی تطابق بسیار خوبی دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and construction of a rotor for switched reluctance motor to improve torque profile

نویسندگان [English]

  • Ghassem Faezian 1
  • Ahmad Darabi 2
  • Nader Sargolzaei 3
1 Department of power Engineering, Faculty of Electrical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran
2 Department of Electrical Engineering, Shahrood University of Technology, Shahrood, Iran,
3 Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Mashhad Branch, Islamic Azad university, Mashhad, Iran
چکیده [English]

In this article the effect of non-uniform air gap on a 4/2 switched reluctance motor is studied. In order to do this, two rotors are designed, optimized and fabricated. The first rotor has uniform air gap in aligned position and the second rotor in half of pole is the same as the first but in another half of pole, air gap can be non-uniform. The purpose of optimization is achieving a desired torque profile which reduces torque ripple in high speeds and at the same time increases the average torque. Finite element analysis is used for calculating torque profile and genetic algorithm is used for optimization, both by MATLAB. Optimization variables are rotor pole arc and width of rotor yoke. For the second rotor, another variable which determines the amount of uniformity of air gap is added. The analysis results show that the motor with non-uniform air gap is more coincident with the desired torque profile. Experimental results of prototype motor confirm the analysis results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • finite element analysis
  • static torque
  • switched reluctance motor

مراجع

[1] Y. Ozoglu, M. Garip and E. Mese, "New pole tip shapes mitigating torque ripple in short pitched and fully pitched switched reluctance motors", Electic Power System Research, vol. 74, No. 1, April 2005, pp. 95–103.
[2] N. Bhiwapurkar and N. Mohan, "Study of New Stator Pole Geometry for improvement of SRM Torque Profile", IEEE International Conference on Electric Machines and Drives, San Antonio, TX, USA, May 2005, pp. 516-520.
[3] P. Trung, H. Dong, H. Lee and J. Woo, "Design and Control of a High Speed 2‑Phase 4/2 Switched Reluctance Motor for Blender Application", Journal of Electrical Engineering & Technology, No. 14, May 2019, pp. 1193–1199.
[4] B. Bilgin and M. Krishnamurthy, "An FEA/MATLAB based machine design tool for switched reluctance motors", IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Chicago, IL, USA, September 2011, pp. 1–6.
[5] J.D. Widmer and B.C. Mecrow, "Optimized Segmental Rotor Switched Reluctance Machines With a Greater Number of Rotor Segments Than Stator Slots", IEEE Transactions on Industry Applications, Vol. 49, No. 4, July/August 2013, pp. 1491–1498.
[6] M. Sugiura, Y. Ishihara, H. Ishikawa and H. Naitoh, “Improvement of Efficiency by Stepped-Skewing Rotor for Switched Reluctance Motors”, International Power Electronics Conference, Hiroshima, Japan, May 2014, pp. 1135–1140.
[7] R. Vandana and B.G. Fernandes, "Design Methodology for High-Performance Segmented Rotor Switched Reluctance Motors", IEEE Transactions on Energy Conversion, Vol. 30, No. 1, March 2015, pp. 11–21.
[8] سعید دارابی و یوسف علی‌نژاد برمی، «موتور سوئیچ رولوکتانسی خطی شش فاز جهت نیرومحرکة آسانسور»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، شمارة 36، بهار 1393، صفحة 53-63.
[9] M. Abbasian, B. Fahimi and M. Moallem, "High Torque Double-Stator Switched Reluctance Machine for Electric Vehicle Propulsion", IEEE Vehicle Power and Propulsion Conference, Lille, France, September 2010, pp. 1–5.
[10] H. Cheng, S. Liao and W. Yan, "Development and Performance Analysis of Segmented - Double - Stator Switched Reluctance Machine", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 1, No. 1, February 2021, pp. 1–11.
[11] P.C. Desai, M. Krishnamurthy, N. Schofield and A. Emadi, "Novel Switched Reluctance Machine Configuration With Higher Number of Rotor Poles Than Stator Poles: Concept to Implementation,” IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 57, No. 2, October 2010, pp. 649–659.
[12] حمید ایزدفر، «محاسبة جریان و نیرومحرکة مغناطیسی میله‌های روتور در یک ماشین القایی قفس سنجابی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، شمارة 52، بهار 1397، صفحة 163-170.
[13] G. Watthewaduge, E. Sayed, B. Bilgin and A. Emadi, "Electromagnetic Modeling Techniques for Switched Reluctance Machines : State-of-the-Art Review", IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, Vol. 1, No. 1, August 2020, pp. 218–234.
[14] C. Gong, S. Li, T. Habetler and P. Zhou, "Acoustic Modeling and Prediction of Ultrahigh Speed Switched Reluctance Machines Based on Multi-Physics Finite Element Analysis", IEEE Transactions on Industry Applications,Vol 57, No.1, January/February 2021, pp. 198-207.
[15] W. Jiang, M. Moallem, B. Fahimi and S. Pekarek, “Qualitative Investigation of Force Density Components in Electromechanical Energy Conversion Process”, 32nd Annual Conference IEEE on Industrial Electronics, Paris, France, November 2006, pp. 1113–1118.
[16] S. McFee and D. Lowther, "Towards Accurate and Consistent Force Calculation in Finite Element Based Computational Magnetostatics", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 23, No. 5, September 1987, pp. 3771–3773.
[17] J.L. Coulomb, "A Methodology for the Determination of Global Electromechanical Quantities From a Finite Element Analysis and Its Application To the Evaluation of Magnetic Forces, Torques and Stiffness", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 19, No. 6, November 1983, pp. 2514-2519.
[18] حسین شریف‌زاده و نیما امجدی، «مروری بر انواع الگوریتم‌های فراکاوشی در بهینه‌سازی»، مجلة مدل‌سازی در مهندسی، شمارة 38، پاییز 1393، صفحة 27-43.
[19] C. Choi, D. Lee and K. Park, "Fuzzy Design of a Switched Reluctance Motor Based on the Torque Profile Optimization", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 36, No. 5, September 2000, pp. 3548–3550.
[20] P. Pillay and W. Cai, "An Investigation into Vibration in Switched Reluctance Motors", IEEE Transactions on Industry Applications, , Vol. 35, No. 3, May/June 1999, pp. 589–596.
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 19، شماره 67
دی 1400
صفحه 73-83

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 17 فروردین 1400
  • تاریخ بازنگری: 18 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 09 شهریور 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار