طراحی و ساخت یک موتور القایی شارمحوری دوطرفه با استاتور دارای دندانه‌های مجزا

نوع مقاله : مقاله برق

نویسندگان

1 دانشکده علوم پایه و مهندسی، دانشگاه گنبد کاووس، گنبد کاووس، ایران

2 دانشگاه کوثر بجنورد

چکیده

موتورهای القایی از جمله پرکاربردترین الکتروموتورهای صنعتی هستند. متداول‌ترین ساختار آنها ساختار استوانه ای است که دارای معایب عمده ای نظیر چگالی توان پایین و وجود مقدار قابل توجهی پیشانی های کلاف در سیم پیچی های استاتور می باشد. البته، تاکنون چند نوع ساختار شارمحوری نیز برای این موتورها پیشنهاد شده که چگالی توان بالاتری نسبت به ساختارهای استوانه ای دارند، اما فرآیند ساخت آنها (مخصوصا در ساختارهای شیاردار) نسبتا پیچیده و هزینه‌بر می باشد. همچنین، بارگذاری الکتریکی و مغناطیسی در راستای شعاعی در آنها غیریکنواخت است که تلفات هارمونیکی ماشین را افزایش می دهد. در راستای رفع اینگونه مشکلات، در این پژوهش یک موتور القایی شارمحوری با ساختاری جدید معرفی می‌گردد. در این ساختار، هسته استاتور به‌جای یوغ، از یک سری دندانه مجزا تشکیل شده که هرکدام جداگانه سیم پیچی می شوند. بدینسان، پیشانی‌های کلاف حذف شده و تمام بخش‌های سیم‌پیچی به طور یکسان در ایجاد ولتاژ القایی و گشتاور الکترومغناطیسی سهیم خواهند بود. همچنین، حجم هسته به‌میزان قابل توجهی کاهش یافته و چگالی توان ماشین افزایش می یابد. علاوه بر اینها، بارگذاری الکتریکی و مغناطیسی در این ساختار در راستای شعاعی یکنواخت می باشد. در نهایت، اعتبار ادعاهای فوق و صحت عملکرد موتور القایی با ساختار پیشنهادی از طریق ساخت و آزمایش یک نمونه از آن اثبات گردیده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Design and Construction of a Double-sided Axial-flux Induction Motor with Separate Stator Teeth

نویسندگان [English]

  • Ali Behniafar 1
  • Mohammadreza Baghayipour 2
1 Department of Electrical and Computer Engineering, Faculty of Engineering, Gonbad Kavoos University, Gonbad Kavoos, Iran
2 Department of Computer Engineering, Faculty of Engineering, Kosar University of Bojnourd, Bojnourd, Iran
چکیده [English]

Induction motors are among the most widely used industrial electric motors. Their most common structure is the cylindrical structure, which has major disadvantages such as low power density and a significant amount of end windings in the stator. However, several Axial-flux structures have already been proposed for these motors that have higher power density than cylindrical structures, but their construction process (especially in slotted structures) is rather complicated and costly. Moreover, the radial electric and magnetic loadings in those machines are non-uniform, which increases their harmonic losses. In order to solve such problems, in this study, an Axial-flux induction motor with a new structure is introduced. In this structure, the stator core, rather than the yoke, consists of a series of separate teeth, each coiled separately. The end windings are thus removed and all parts of the windings will equally contribute to the induced voltage and electromagnetic torque. As well, the stator volume is significantly reduced and the machine's power density increases. Furthermore, the electric and magnetic loadings in this structure are radially uniform. Finally, the validity of the above claims and the performance of the proposed induction motor have been demonstrated through fabricating and testing a prototype of it.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Induction Motor
  • Axial-flux Structure
  • Stator with Separate Teeth
  • Elimination of End Windings
  • Electric Machine Design

مراجع

[1] Juha J. Pyrhönen, T. Jokinen, and V. Hrabovcová, "Design of Rotating Electrical Machines", wiley, 2008.
]2[ سجاد صدر، داود عرب خابوری و مصطفی نمازی، "مدل سازی سیستم کنترل سرعت قطار الکتریکی با لحاظ لغزش چرخ بر روی ریل", مجله مدلسازی در مهندسی دانشگاه سمنان, جلد 14, شماره 47, 1395، صفحه 255-263.
]3[ محمدجواد غاضی اردکانی، مجید حسین پور، مهدی شاهپرستی، مهدی سیاهی, "کنترل برداری غیرمستقیم سرعت ماشین القایی مبتنی بر اینورتر دو-سه‌ سطحی", مجله مدلسازی در مهندسی دانشگاه سمنان, 1398، چاپ آنلاین.
]4[ محمدیوسف ولی، نیما امجدی, "طراحی و ساخت موتور مغناطیسی خورشیدی برای خودروها", مجله مدلسازی در مهندسی دانشگاه سمنان, جلد 16, شماره 52, 1397، صفحه 149-161.
[5] W. T. Thomson, and I. Culbert , "Design, Construction, and Manufacture of Squirrel Cage Rotors", Current Signature Analysis for Condition Monitoring of Cage Induction Motors: Industrial Application and Case Histories, Wiley-IEEE Press, 2017, pp. 39 - 54.
[6] P. C. K. Luk, M. G. Jayne, and D. Rees, "The development of an integrated induction motor drive system using a network of transputers", IEE Colloquium on Developments in Real-Time Control for Induction Motor Drives, London, UK, 1993.
[7] P. Xie, G. Li, F. Xie, C. Hu, and X. Qi, "Research on field-weakening control of induction motor based on torque current component of the voltage closed-loop", IEEE 10th Conference on Industrial Electronics and Applications (ICIEA), Auckland, New Zealand, 2015.
[8] R. J. Wai, and C. C. Chu, "Robust Petri Fuzzy-Neural-Network Control for Linear Induction Motor Drive", IEEE Transactions on Industrial Electronics, Vol. 54, No. 1, February 2007, pp. 177-189.
[9] S. L. Ho, Sh. Niu, and W. N. Fu, "A Novel Solid-Rotor Induction Motor With Skewed Slits in Radial and Axial Directions and Its Performance Analysis Using Finite Element Method", IEEE Transactions on Applied Superconductivity, Vol. 20, No. 3, June 2010, pp. 1089-1092.
[10] F. Yu, Z. Xi, and Q. Wei, "New Structure of Axial flux Induction Motor and Characterization Analysis",  International Conference on Electrical Machines and Systems, 2011.
[11] C. Hong, W. Huang, and Z. Hu," Design and Analysis of a High-Speed Dual Stator Slotted Solid-Rotor Axial-Flux Induction Motor", IEEE Transactions on Transportation Electrification, Vol. 5, No. 1, March 2019, pp. 71-79.
[13] J. Mei, C. H. T. Lee, and J. L. Kirtley, "Design of Axial Flux Induction Motor With Reduced Back Iron for Electric Vehicles", IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 69, No. 1, 2020, pp. 293-301.
[14] D. J. Patterson, J. L. Colton, B. Mularcik, B. J. Kennedy, S. Camilleri, and R. Rohoza, "A Comparison of Radial and Axial Flux Structures in Electrical Machines", International electric machines and drives conference, 2019.
[15] J. F. Gieras, R. Wang, and M. J. Kamper, "Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines", Springer, 2008.
[16] C. Hong, W. Huang, and Z. Hu, "Performance Calculation of a Dual Stator Solid Rotor Axial FluxInduction Motor Using the Multi-Slice and Multi-Layer Method", IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 55, No. 2, pp. 1-9, February 2019.
[17] Still and Siskind, Elements of Electrical Machine Design, McGraw-Hill, 1954.
مدل سازی در مهندسی
دوره 19، شماره 67
دی 1400
صفحه 109-117

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 19 فروردین 1399
  • تاریخ بازنگری: 28 خرداد 1400
  • تاریخ پذیرش: 09 شهریور 1400

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار