طراحی فیزیکی سه‌گانه 3 فاز برای آسانسورهای با سرعت بالا

واحد R&D سما آسانبر دانش بنیان

خلاصه

این مقاله سه فاز سه‌گانه نصب شده روی موتور همگام مغناطیس دائمی را به عنوان یک راه حل جذاب کاربردی برای آسانسور فوق‌العاده پر سرعت 21m/s ارائه می­دهد و روش طراحی فیزیکی آن را توصیف می­کند. به ویژه، روش طراحی بر روی دستیابی به قدرت خروجی مورد نیاز و همچنین بر کاهش ارتعاش شعاعی با فرکانس پایین و چرخش گشتاور به منظور بهبود راحتی سواری مسافران متمرکز بود. در نتیجه، ترکیب 144 شیار و 40 قطب با 20 درجه الکتریکی تغییر فاز با توجه به معیارهای زیر انتخاب شد: ضریب پیچشی، فرکانس و جهت فضایی نیروی شعاعی، گشتاور دنده و تغییر فاز بهینه بین مجموعه مجاور. همچنین، قطر روتور به منظور افزایش ضریب قدرت و بهره­وری تغییر یافت. بهینه­سازی طراحی robust نیز برای اطمینان از عدم قطعیت تولید انجام شد. به عنوان یک نتیجه، یک مدل مطلوب به دست آمده و با استفاده از روش FEA برای توجیه روش طراحی ذکر شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. درنهایت، آن را با نمونه اولیه 144 شیار و 32 قطب مقایسه کردیم تا اثر بخشی آن را تأیید کند.

مقدمه

ماشین همگن مغناطیس دائمی مبتنی بر آهنربای NdFeB جایگزین جذابی برای ماشین­های مبتنی بر فریت یا SmCo است. در مقایسه با چنین PM ها، NdFeB دارای القای باقی­مانده و نیروی اجباری برتر است. همچنین با توجه خواص حرارتی مقاوم آن، دارای ضریب حرارتی فوق‌العاده است. در نتیجه، PMSM مبتنی بر NdFeB معمولاً در آسانسور با سرعت بالا استفاده می­شود، زیرا در مقایسه با دیگر ماشین­های الکتریکی، دارای چگالی نیرو بالاتر و ارتعاش پایین­تر می­باشد.

شکل 1 ساختار متداول سیستم آسانسور سرعت بالا را نشان می­دهد که در آن اتاق ماشین مستقل مجهز به دنده­های میانی وجود ندارد. در شکل 2 دستگاه کشش سه‌گانه سه فاز با سیستم کنترل الکترونیکی ارتباط داده شده و قدرت خروجی خود را به طور مستقیم به درایو چرخ قرقره می­دهد که یک قرقره با چرخ شیاردار برای نگه داشتن سیم­ بکسل­های فولادی بلند است. سیم بکسل­ها کابین آسانسور و وزنه تعادل را بالا و پایین می­برند. در اینجا، دستگاه کشش، نقشی اساسی در کارکرد آسانسور بازی می­کند، زیرا هیچ‌گونه حمایت از چرخ دنده­های انتقال نیروی متوسط وجود ندارد. در نتیجه، ویژگی­های الکترومغناطیسی و ارتعاشی دستگاه کشش تأثیر قابل توجهی در کیفیت حرکت آسانسور دارند و باید در فرایند طراحی هماهنگی داشته باشند.

شکل 1: شماتیک سیستم درایو آسانسور با سرعت بالا

تعداد اندکی مقالات دانشگاهی در مورد فرایند طراحی دستگاه کشش برای کاربرد آسانسور سرعت بالا وجود دارد که در مورد هر دو خاصیت الکترومغناطیسی و ارتعاشی آن بحث کرده­اند. یک ماشین مجهز به جریان DC را در نظر بگیرید. ماشین مجهز به جریان DC در مقایسه با ماشین­های AC فعلی، گشتاور موجی بالا و ارتعاش شعاعی بالاتر تولید می­کنند که باعث ناراحتی مسافرین داخل آسانسور می­شود. به عنوان جایگزین دیگری، برخی از محققین انواع مختلفی از ماشین­های خطی را برای آسانسورهای بدون سیم بکسل مورد بحث قرار دادند. با این وجود، هزینه نصب این ماشین خیلی گران­تر از ماشین­های دوار است و سودآور نیستند.

این مقاله با روشی طراحی چندگانه فیزیکی سه فاز PMSM برای عملیات آسانسور سرعت بالا مورد بررسی قرار می­گیرد. در روند طراحی هر دو ویژگی­های الکترومغناطیسی و ارتعاشی را که عملکرد و کیفیت حرکت کابین آسانسور را تحت تأثیر قرار می­دهند، در نظر می­گیرند. ویژگی­های الکترومغناطیسی به گشتاور الکترومغناطیسی، قدرت خروجی، ضریب قدرت و بهره­وری نیز مربوط هستند. خواص لرزشی مربوط به گشتاور موجی و ارتعاش شعاعی است. همچنین بهینه­سازی طراحی برای اطمینان از عدم قطعیت تولید انجام شد. در نتیجه، ترکیب 144 شیار و 40 قطب با تغییر فاز 20 درجه الکتریکی با توجه به معیارهای زیر انتخاب شد: ضریب پیچشی، فرکانس و ارتعاش در جهت نیروی شعاعی، گشتاور غلتک و تغییر فاز بهینه بین مجموعه مجاور. این با نمونه اولیه 144 شیار و 32 قطب مقایسه شد.

2. توصیف سیستم و الزامات طراحی

شکل 2 سیستم کنترل الکترونیکی دستگاه کششی سه فاز را توصیف می­کند. این شامل سه مبدل PWM و کنترل کننده­های رایج است که  مقدار دستور و   مقدار ورودی را  نشان می­دهند. همان‌طور که در شکل 2 نشان داده شده است، می­توانند بدون توجه به مجموعه مجاور، مستقل عمل کنند.

شکل 2: سیستم کنترل الکترونیکی سه دستگاه کششی سه فاز برای سیستم آسانسور با سرعت بالا.

جدول 1 خلاصه­ای از الزامات طراحی موتور کشش را که برای استفاده از آسانسورهای 30 نفره گیرلس توسعه یافته است را نشان می­دهد. ظرفیت حمل و نقل مسافر یا ظرفیت ترابری 2 تن است و مجموع جرم کل سیستم 5 تن است که شامل طناب­های کششی، کابین آسانسور، بخش وزنه تعادل و وسایل مختلف است. حداقل قطر شفت در حدود 1000 میلی‌متر محدود می­شود، زیرا شفت متصل به شفت چرخ قرقره باید حجم کل را تحمل کند. در غير اين صورت، خارج از مرکز استاتيک شفت وجود دارد که منجر به فاصله نامنظم هوايي، نيرو الکترومغناطيسي نامتعادل و سپس ارتعاش شعاعي بالا مي­شود.

علاوه بر این، سرعت عمودی کابین آسانسور به عنوان محصول سرعت چرخش موتور کشش و دور بیرونی درایو چرخ دنده تعریف شده است. این کار بر روی آسانسور گیرلس با سرعت فوق‌العاده   برای آسمان خراش­ها تمرکز دارد. سه نوع حالت­های درایو در یک دامنه سرعت در طی یک دوره عملیاتی وجود دارد که در شکل 3 نشان داده شده است: سرعت شتاب­دار، سرعت ثابت و مناطق کاهش سرعت. سرعت شتاب­دار و کاهش سرعت باعث احساس ناراحتی مسافران نمی­شود.

3. ترکیب شیار و قطب

الف. وضعیت پیش فرض (تغییر فاز بهینه)

فرکانس عملکرد سیستم درایو الکترونیکی f، باید متناسب با سرعت چرخش  و تعداد قطب روتور ماشین کشش باشد. فرکانس عملیاتی به طور فزاینده­ای افزایش می­یابد که به ویژه باعث می­شود سیستم درایو الکتریکی در کنترل سرعت چرخشی به خوبی عمل نکند. علاوه بر این، فرکانس سوئیچینگ (6 کیلوهرتز) باید 50 برابر بیشتر از فرکانس عملیاتی باشد. این بدان معنی است که حداقل 50 بار سوئیچینگ برای تولید شکل موج سینوسی ولتاژ خروجی در فرکانس مورد نظر در کنترل PWM مورد نیاز است. حداکثر تعداد قطب مغناطیسی  درنهایت توسط حداکثر سرعت چرخش موتور کششی،   و ظرفیت سیستم کنترل الکتریکی مشخص می­شود که با استفاده از معادله (1) بدست می­آید.

جدول 1: الزامات طراحی برای ارزیابی و حداکثر بارگذاری

 

شکل 3: سیستم کنترل الکترونیکی سه‌گانه دستگاه کشش سه فاز برای سیستم آسانسور با سرعت بالا.

 

شکل 4: الگوی حرکت آسانسور با سرعت بالا   و دستگاه کشش آن

 

بر اساس کنترل‌پذیری و محدودیت­های هندسی، چندین ترکیب شیار و قطب با کمتر از 48 قطب مغناطیسی در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت. اجزای هارمونیک نیروی الکترومغناطیسی خط به خط (BEMF) و دو لایه برای تولید بیشتر نیروی حرکتی مغناطیسی سینوسی می­باشند. شکل 4، طرح کلی فاز N و سیم‌پیچ چندگانه k را نشان می­دهد. در مورد سه سیم‌پیچ سه فاز، تغییر فاز بین مجموعه مجاور به 20 یا 40 درجه الکتریکی محدود می­شود تا گشتاور هارمونیک­ها به حداقل برسد.

ب. ضریب پیچشی

ترکیبی از شیار و قطب تأثیر قابل توجهی بر طرح پیچشی دارند که از آن­ می­توان جزء اصلی  و اجزای هارمونیک   ،  ضریب پیچشی را محاسبه کرد. آن­ها به سادگی به عنوان ضریب توزیع ، ضریب گام  و ضریب انحراف  به صورت معادله (2) تعریف می­شوند.

به ویژه، قسمت اول، چرخش مؤثر فاز سیم‌پیچ را تعریف می­کند و باعث تولید BEMF خط به خط و گشتاور الکترومغناطیسی می­شود. برای به حداکثر رساندن گشتاور و چگالی قدرت، تنها ترکیبات با بیش از 0.9 مؤلفه اول در این کار تحت پوشش قرار گرفتند. هارمونیک­های 18 ام، 36 ام و دیگر گشتاورهای الکترومغناطیسی به طور معمول در دستگاه­های 9 فازAC  تولید می­شوند. چنین هارمونیک­هایی به طور مستقیم بر نوسان کابین آسانسور تأثیر می­گذراند و برای مسافران ناراحت کننده است. علاوه بر این، متوجه شدیم که هارمونیک 18 ام غالب­تر از هارمونیک گشتاور است. این عمدتاً شامل هارمونیک­های 17 ام و 19 ام BEMF خط  به خط می­باشد. این اجزا را می­توان با انتخاب ترکیبات شیار و قطب با داشتن مقادیر کم هارمونیک­های 17 ام و 19 ام ضریب پیچشی، کاهش داد. استاتور تک شیار کج به تمام ترکیبات اعمال می­شود تا به طور مؤثر هارمونیک­های بالا را کاهش دهد.

ج. فرکانس­ها و درجه فضاهای نیرو شعاعی

ارتعاش تولید شده از دستگاه کشش آسانسور باعث ناراحتی مسافران می­شود. بنابراین برای پایدار کردن سیستم آسانسور، مهم است که این لرزش را به حداقل برسانید. در این بخش، برای به حداقل رساندن لرزش آسانسور، لرزش ترکیب شیار و قطب نیز محاسبه می­شود. نیروی الکترومغناطیسی شعاعی بر اساس تانسور ماکسول است که علت اصلی ارتعاش موتور می­باشد و فرکانس آن  می­باشد که f فرکانس کار است. درجه لرزش نشان دهنده توزیع فضایی نیروی الکترومغناطیسی شعاعی در اطراف ناحیه شکاف هوا است. معادله (3) رابطه بین تغییر شکل هسته استاتور  و درجه ارتعاش r را نشان می­دهد.

به عبارت دیگر، برای به حداقل رساندن ارتعاش، درجه لرزش باید حداکثر شود. درجه ارتعاش را می­توان با توجه به علل اصلی نیروهای الکترومغناطیسی شعاعی با توجه به چهار منبع زیر، تعیین نمود.

1)   توسط هارمونیک­های استاتور v و روتور u

2)  توسط هارمونیک­های روتور u در ساختار شیار­دار

3)  توسط هارمونیک­های روتور با تعداد برابر u

4)  توسط هارمونیک­های استاتور با تعداد برابر v

درجه ارتعاش از  تا  را می­توان با استفاده از معادلات (4) – (6) با توجه به ترکیب شیار و قطب محاسبه نمود.

شکل 5: طرح کلی N فاز و k چندین سیم‌پیچ.

شکل 6: نمودار بردار ولتاژ ترکیبی 144 شیار و 32 قطب. این نمودار دارای 40 درجه الکتریکی تغییر فاز بین مجموعه مجاور است.

شکل 7: نمودار بردار ولتاژ ترکیبی 144 شیار و 40 قطب. این نمودار دارای 20 درجه الکتریکی تغییر فاز بین مجموعه مجاور است.

د. گشتاور غلتک

گشتاور غلتک PMSM یک گشتاور مقاومت مغناطیسی به دلیل برهم­کنش بین PM های روتور و شیار­های استاتور است همان‌طور که PM ها از پشت شیار می­چرخند. این نیز به عنوان گشتاور جریان صفر یا گشتاور گیره نامیده می­شود. اثر آن می­تواند توسط اینرسی لحظه­ای موتور در مناطق با سرعت بالا، کاهش یابد. در مقابل، گشتاور غلتک به ویژه در مناطق کم سرعت که در آن دستگاه کشش برای آسانسورهای گیرلس، غالب است. این یک منبع تولید گشتاور موجی است.

چنین گشتاور غلتک دو ویژگی زیر را نشان می­دهد: الف) دوره آن متناسب با حداقل تعداد مشترک قطب­های مغناطیسی و تعداد دندانه­های استاتور است. ب) دامنه آن متناسب با معکوس آن مؤلفه است. به عبارت دیگر، بیشترین تعداد حداقل اشتراک، کمترین دامنه گشتاور غلتک می­باشد. این می­تواند به عنوان یکی از عوامل طراحی به منظور کاهش گشتاور موجی در تعیین ترکیب شیار و قطب پوشش دهنده در نظر گرفته شود. در نتیجه، ترکیب 144 شیار و 40 قطب با توجه به معیارهای بالا انتخاب شد.

4. 4. ضریب نیرو و بازده

در دستگاه­های فاقد قطب، به عنوان مثال سطح PMSM، اختلاف کمی بین ظرفیت القایی مغناطیسی محور مستقیم و محور چهار گوش وجود دارد. در این مورد  ، معادلات ولتاژ محورهای d و q بر اساس روش جریان معادل به ترتیب در معادلات (7) و (8) نشان داده شده است.

در معادلات بالا  ولتاژ محور  و  ولتاژ محور ،  ولتاژ القایی محور  و  ولتاژ القایی محور ،  ظرفیت القای مغناطیسی محور  و  ظرفیت القای مغناطیسی محور ،  جریان اتلاف هسته محور  و  جریان مغناطیسی محور ،  عملگر دیفرانسیلی  ،  مقاومت فاز سیم­پیچ آرماتور،  مقاومت اتلافی هسته،  فرکانس الکتریکی،  حداکثر شار اتصال PM،  حداکثر ولتاژ پایانه و  حداکثر ولتاژ ورودی پایانه می­باشند. گشتاور مغناطیسی  می­تواند به صورت معادله (11) بیان شود. تجزیه و تحلیل عنصر محدود (FEA) برای محاسبه ، ،  و  با توجه به جریان ورودی مورد استفاده قرار گرفت.

می­توان فرض کرد که عبارت  در معادله ولتاژ (7) تقریباً صفر است، زیرا  خیلی بیشتر از  است. مقاومت معادله بالا بر پایه اتلاف کم هسته در سرعت­های پایین است. بنابراین ضریب قدرت  و بازده  می­توانند به ترتیب توسط معادلات (12) و (13) نشان داده شوند.

هنگامی که تعداد قطب­های مغناطیسی و سرعت چرخش موتور کشش تعیین می­شود، مقدار فرکانس الکتریکی   بدون تغییر باقی می­ماند.  ضریب القای مغناطیسی محور ، نشان دهنده ، متناسب با مربع چرخش­های سری در هر فاز است. مقاومت سیم‌پیچ آرماتور  و حداکثر شار متصل توسط PM، نشان دهنده ، متناسب با چرخش­های سری در هر فاز است. در اینجا، شار مغناطیسی، نه شار متصل، توسط PM کاملاً ثابت است. درنهایت، چرخش­های سری در هر فاز باید به حداقل رسانده شود تا ضریب نیرو در معادله (12) به حداکثر برسد. به همین ترتیب، اتلاف مس کمینه می­شود و در صورتی که چرخش­های سری در هر فاز کمینه شود، کارایی حداکثر می­شود.

در سیستم­های نیروی الکتریکی، یک بار با یک ضریب نیرو کم، جریان بیشتری را در مقایسه با یک بار با یک ضریب نیرو بالا برای همان مقدار انتقال نیرو مفید، نشان می­دهد. بنابراین، ضریب نیرو و بازده به عنوان معیار در نظر گرفته شدند. شکل 7 نمودار برداری مربوطه را توصیف می­کند.

شکل 8: نمودار برداری سطح PMSM.

 

5. بهینه ­سازی طراحی ROBUST

تکنیک­های طراحی Robust برای بهبود کیفیت محصول با به حداکثر رساندن عملکرد آن و رعایت سایر محدودیت­های طراحی توسعه یافته­اند. طراحی Robust، طراحی است که به تغییرات متغیرهای طراحی و پارامترهای طراحی حساس است. دو روش مشهور برای ماشین­های الکتریکی استفاده می­شود. اولین روش، روش تاگوچی است که تکنیک آرایه متعامد (قائم) را برای ارزیابی طراحی بر اساس نسبت سیگنال به نویز مورد استفاده قرار می­دهد. نسبت سیگنال به نویز یک استاندارد است که برای انتخاب بهترین طراحی بین طرح­های بالقوه استفاده می­شود. با وجود اینکه روش تاگوچی را می­توان به راحتی اعمال کرد، دو محدودیت اصلی وجود دارد. مشکل این است که فضای طراحی پیوسته در نظر گرفته نشده و تنها فضای طراحی گسسته در طراحی آزمایش‌های (DOE) برای یافتن طراحی Robust مورد استفاده قرار می­گیرد. این محدودیت­ها در روش تاگوچی فرمول­بندی نمی­شوند. به دلیل این معایب، روش RDO به طور گسترده­ای برای ماشین­های الکتریکی استفاده می­شود. این روش نقطه بهینه Robust در حوزه طراحی پیوسته را فراهم می کند، در حالی که به تمام محدودیت­های طراحی پاسخگو می­باشد. فرمول­بندی عمومی RDO را می­توان به صورت معادله­های (14) – (16) نوشت.

که  بردار متغیر طراحی ،  بردار پارامتر طراحی،   میانگین و  انحراف معیار تابع هدف است.   و  محدودیت تابع و مقدار هدف هستند در حالی که  و  تعداد محدودیت­ها و متغیرهای طراحی هستند. در بهینه­سازی طراحی Robust، یک تابع جدید که شامل میانگین و انحراف معیار تابع هدف است باید تعریف شود. در این مقاله، روش ترکیب وزنی به دلیل فرمول­بندی ساده و آسان آن، محبوب است. تابع  به صورت معادله (17) تعریف می­شود.

که در آن   مقدار پایه برای میانگین  و  مقدار پایه انحراف استاندارد  تابع هدف هستند. این­ها برای نرمال­سازی استفاده می­شوند و معمولاً مقادیر اولیه فرایند بهینه­سازی را دارند.    و  ضریب­های وزن برای میانگین  و انحراف معیار  تابع هدف است.

جدول 2: تعریف متغیرهای طراحی و عدم قطعیت

الف. عدم قطعیت ­های تولید

تغییرات متغیرهای طراحی یا پارامترهای طراحی بوسیله بسیاری از عدم قطعیت­های قابل اجتناب تولید در فرایند تولید عملیات ماشین الکتریکی ایجاد می­شوند. این عدم قطعیت تولید منجر به تغییرات بزرگی در عملکرد مانند گشتاور غلتک و برگشت EMF می­شود. بنابراین، این عدم قطعیت تولید باید در فرآیند بهینه­سازی برای بهبود کیفیت دستگاه الکتریکی مورد توجه قرار گیرد. برای انجام RDO، عدم قطعیت تولید باید شناسایی و اندازه­گیری شود. توزیع نرمال برای عدم قطعیت تولید استفاده می­شود در حالی که انحراف استاندارد آن از تلورانس تولید تخمین زده می­شود.

در این مقاله، عدم قطعیت ضخامت PM و شکاف هوایی در نظر گرفته می­شود، زیرا آن­ها تأثیر قابل توجهی بر تغییرات گشتاور موجی دارند. شناسایی و اندازه­گیری این عدم قطعیت توسط بسیاری از مهندسان درگیر در فرایند تولید مورد بحث و بررسی قرار گرفته است. در نتیجه، هر دو توزیع احتمال به عنوان توزیع نرمال فرض می­شوند و انحراف استاندارد آن­ها با تقسیم تلورانس بر 3 محاسبه می­شود. این­ها منطقی هستند اگر 99.7 درصد از اندازه­گیری­ها معمولاً در حد تلورانس در فرآیند تولید قرار گیرند.

شکل 9: سطح گشتاور به دست آمده از طریق بهینه­سازی طراحی ( Robust RDO)  با توجه به متغیرهای طراحی شده

ب- RDO ماشین همگام

تحقیقات متعددی برای بررسی عوامل مؤثر بر گشتاور موجی یا بازده دستگاه همگام انجام شده است. در این مقاله 3 متغیر طراحی و 1 پارامتر طراحی در جدول 2 و شکل 8 در نظر گرفته شده است.

محاسبه میانگین و انحراف معیار تابع هدف به اولین مشتق از تابع هدف نیاز دارد. به این معنی است که مشتقات مرتبه دوم توابع هدف در فرایند بهینه­سازی Robust مورد نیاز است. از آنجا که محاسبه مشتقات مرتبه دوم از نظر محاسباتی گران است، روش مدل جایگزین استفاده می­شود. در این مقاله، مدل سطح پاسخ مرتبه دوم شامل هر دو برهم­کنش و جملات مربعی با استفاده از 25 نقطه طراحی انتخاب شده توسط طراحی مرکب مرکزی ساخته شده است.

شکل 10: مدل بهینه و طرح سیم­پیچ 144 شیار و 40 قطب PMSM نصب شده. این با نمونه اولیه 144 شیار و 32 قطب مقایسه شده است.

6- صحت سنجی

شکل 9 مدل نمونه اولیه با ترکیب 144 شیار و 32 قطب و مدل بهینه طراحی شده با 144 شیار و 40 قطب را توصیف می­کند. آنالیز اعتبار عنصر محدود (FEA) برای تصدیق اعتبار روش طراحی فوق و اثر­بخشی مدل طراحی شده انجام شد. شکل 10، میانگین گشتاور موجی و هارمونیک BEMF خط به خط را با هم مقایسه می­کند و نشان می­دهد که مدل طراحی شده دارای هارمونیک پایین­تری نسبت به نمونه اولیه در شرایط حداکثر بار و نرخ است. مدل طراحی شده ضریب پیچشی هارمونیک پایین­تری را نسبت به نمونه اولیه نشان می­دهد. علاوه بر این، این مدل دارای انحراف استاندارد پایین گشتاور موجی است. مقدار آن از 0.01 به 0.004 کاهش یافت. شکل 11، محور d، محور Q، ولتاژ پایانه و ضریب نیرو را نشان می­دهد. دو مدل ولتاژ مورد نیاز را دریافت می­کنند و مدل طراحی شده از لحاظ ضریب نیرو برتر از نمونه اولیه است. شکل 12 اتلاف مکانیکی و بازده مس و آهن را نشان می­دهد. نرخ بازده مدل طراحی شده به دلیل افزایش تعداد قطب­ها و کاهش آهن، به میزان 0.6 درصد کاهش یافته است. با این حال، حداکثر بهره­وری 0.3٪ افزایش می­یابد. درنهایت، چگالی نیروی شعاعی مؤثر و تغییر شکل به ترتیب در شکل­های 13 و 14 نشان داده شده است. با توجه به افزایش درجه ارتعاش نیروی مغناطیسی شعاعی، تغییر شکل مدل طراحی شده به نصف کاهش یافت. چنین اعتبار سنجی ثابت می­کند که مدل طراحی شده با ترکیب 144 شیار و 40 قطب دارای مزایای الکترومغناطیسی و ارتعاشی نسبت به نمونه اولیه است.

شکل 11: مقایسه شکل موج­ های گشتاور متوسط و هارمونیک آن­ها برای BEMF خط به خط (نمونه اولیه و مدل مطلوب طراحی شده).

شکل 12: مقایسه ولتاژ محور d، محور q، ترمینال و ضریب نیرو (نمونه اولیه و مدل مطلوب طراحی شده).

 

شکل 13: مقایسه اتلاف مکانیکی و بازده مس و آهن (نمونه اولیه و مدل مطلوب طراحی شده).

 

جدول 3: مقایسه نمونه اولیه و مدل بهینه طراحی شده

شکل 14: مقایسه چگالی نیروی شعاعی مؤثر با توجه به درجه ارتعاش (نمونه اولیه و مدل مطلوب طراحی شده).

 

شکل 15: چگالی نیروی شعاعی نرمال شده و توزیع تغییر شکل در محور قطبی (مدل مطلوب طراحی شده)

 

7- نتیجه‌گیری

این مقاله پیشنهاد یک PMSM سطح سه‌گانه سه فاز را به عنوان یک راه حل جذاب برای کاربرد در درایوهای آسانسور با سرعت بالا و روش طراحی چندگانه فیزیکی خود را توصیف می­کند.  صحت­سنجی دقیق نتایج آزمایش در این مقاله مورد بررسی قرار گرفت. ثابت شده است که مدل بهینه طراحی شده با ترکیب 144 شیار و 40 قطب دارای خواص برتر نسبت به نمونه اولیه است.

منابع:

[1] Jae-Han Sim, Dong-Gyun Ahn, Dae-Kee Kim, Dong-Kyun Son and Saekyeol Kim, “Multiphysics Design of Triple 3-Phase PMSM for Ultra-High Speed Elevator Applications” IEEE, 2018.

گردآورنده:کارشناس ارشد فیزیک هسته ­ای مهندس کامران کشیری