بهینه سازی طراحی و مدلسازی مطلوب با هدف افزایش بازده ی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی
125 صفحه در قالب word
فهرست مطالب:
فصل اول: مقدمه 1
1-1 کلیات 1
1-2 لزوم انجام تحقیق 3
1-3 روند ارائه مطالب 6
فصل دوم: ساختمان موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 8
2-1 نگاه کلی 8
2-2 موتورهای یک بر 12
2-2-1 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای سطحی (ساختار یک بر پایه) 12
2-2-2 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای درونی 13
2-2-3 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آهنربای درونی عمودی 14
2-2-4 ساختار یک بر با اولیه کوتاه و آرایش آهنربای به صورت هالباخ 15
2-2-5 ساختارهای یک بر با ثانویه کوتاه 16
2-3 ساختارهای دوبر 18
2-3-1 ساختارهای دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه با هسته هوایی (ساختار دوبر پایه) 18
2-3-2 ساختار دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه یوغ دار 19
2-3-3 ساختار دوبر با دوثانویه بلند ویک اولیه کوتاه با آهنربای دائمی درونی عمودی 21
2-3-4 ساختارهای دوبر با یک ثانویه بلند و دو اولیه کوتاه 22
2-3-5 ساختارهای دوبر با یک اولیه بلند و دو ثانویه کوتاه 24
2-3-6 ساختار دو بر با دو ثانویه کوتاه و یک اولیه دوبر 25
2-3-7 ساختار دو بر با یک ثانویه کوتاه و دو اولیه بلند 26
2-4 ساختارهای لولهای 27
2-5 انتخاب ساختار مناسب 28
2-5-1 مقایسه برخی از ساختارها 28
2-5-2 بررسی دو موتور انتخابی 31
2-5-3 کاربرد لایه آلومینیومی در موتور 33
فصل سوم: مدلسازی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 36
3-1 مدلسازی مغناطیسی به روش مدار معادل مغناطیسی 37
3-1-1 پیشینه پژوهش 39
3-1-2 مدل پیشنهادی 46
3-1-2-1 مدلسازی اولیه 47
3-1-2-2 مدلسازی ثانویه 48
3-1-2-3 مدلسازی فاصله هوایی و تشکیل مدار معادل 49
3-1-2-4 تابع توزیع چگالی شار 51
3-1-2-5 محاسبه نیرو 55
3-2-3 شبیه سازی و ارزیابی روش پیشنهادی 56
3-2 مدلسازی مغناطیسی به کمک روش حل معادلات ماکسول(لایهای) 60
3-4 مدلسازی الکتریکی 66
3-4 مدلسازی مکانیکی 68
فصل چهارم: طراحی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 69
4-1 اصول طراحی و ارائه الگوریتم مربوط 70
4-1-1 روابط طراحی 70
4-1-2 محدویت حرارتی و ضد مغناطیسی آهنربا 74
4-1-3 محاسبه راکتانسهای موتور 76
4-1-4 محاسبه تلفات 79
4-2 سیستم تصمیم یار برای طراحی موتور 84
4-2-1 ضرورت و اصول سیستم تصمیم یار 84
4-2-2 سیستم تصمیم یار پیشنهادی 87
4-2-2-1 پایگاه داده 87
4-2-2-2 پایگاه دانش 88
4-2-2-3 سیستم داده کاوی و تصمیم گیری 88
4-2-2-4 رابط کاربر 70
فصل پنجم: بهینه موتور سنکرون آهنربای دائم خطی 93
5-1 پیشینه پژوهش 93
5-2 بهینه سازی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی دوبر با هسته هوایی 95
5-2-1 بهینه سازی نیرو به حجم 95
5-2-1-1 بهینهسازی با تغییر ابعاد آهنربا 99
5-2-1-2 بهینه سازی کلی موتور 102
5-2-2 بهینه سازی ضربان نیرو 105
5-2-3 بهینه سازی چند منظوره 111
نتیجه گیری و پیشنهادها 116
مراجع 119
پیوستها 125
پیوست 125
چکیده:
امروزه موتورهای خطی برای تولید حرکتهای انتقالی به طور گستردهای در صنعت مورد استفاده قرار میگیرند. در این میان، موتورهای سنکرون آهنربای دائم خطی به دلیل داشتن چگالی نیرو و راندمان زیاد و عملکرد دینامیکی مناسب از اهمیت و جایگاه ویژهای برخوردار است. عملکرد مناسب این موتورها نیازمند بهینه سازی دقیق طراحی آنها است. بهینه سازی طراحی خود نیازمند مدلسازی مطلوب میباشد. در این پژوهش مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته ای با هدف تحلیل دقیق تلفات آهن ارائه شده است. به این منظور ابتدا مزایا و معایب مدار معادل های قبلی ارائه شده برای موتور سنکرون آهنربای دائم بررسی شده که خلاء یک مدل مناسب که دقت قابل قبولی در پیشبینی توزیع چگالی شار با در نظر گرفتن اثر جریان سیم پیچ ها، اشباع آهن و حرکت داشته باشد و در عین حال سادگی لازم برای استفاده در الگوریتم طراحی را نیز دارا باشد، در این میان احساس میشود. لذا در این پژوهش مدار معادل نسبتاً جدیدی برای موتور سنکرون آهنربای دائم خطی یک بر با هسته آهنی و اولیه کوتاه ارائه شده است. این مدار معادل علاوه بر قابلیت به پیشبینی اثر شیارها بر توزیع چگالی شار آهنربای 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 عین حال سادگی لازم برای استفاده در الگوریتم طراحی 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 بهینهسازی 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 این نتایج به کمک تحلیل اجزاء محدود غیر خطی دینامیک تأیید شده است.
1-1 کلیات
امروزه موتورهای خطی در کاربردهایی که در آنها به حرکتهای انتقالی و رفت و برگشتی نیاز است، به طور گستردهای مورد استفاده قرار میگیرند [1]. علی رغم اینکه موتورهای گردان نیز به کمک اجزاء مکانیکی جانبی قادر به تولید حرکت خطی هستند ولی مزایای موتورهای خطی در اینگونه کاربردها سبب شده است که این موتورها در پژوهشهای بسیاری مورد توجه قرار بگیرند. مهمترین مزیت این موتورها تولید مستقیم حرکت انتقالی و در نتیجه حذف اجزاء تبدیل کننده حرکت گردان به حرکت انتقالی است [2]. حذف این اجزاء منجر به حذف تلفات و لقی ناشی از آنها شده و در نتیجه راندمان، دقت و قابلیت اطمینان سیستم افزایش مییابد.
موتورهای خطی نیز همانند موتورهای گردان از لحاظ اصول عملکرد به انواع مختلفی تقسیم میشوند. با این تفاوت که ساختارهای موجود در هر نوع از موتورهای خطی به مراتب بیشتر و متنوعتر از ساختارهای مربوط به موتورهای گردان میباشند. از میان انواع مختلف این موتورها موتور سنکرون آهنربای دائم خطی به دلیل خصوصیات ویژهای از قبیل، چگالی نیرو و راندمان زیاد، عملکرد دینامیکی خوب و ساختار کنترلی نه چندان پیچیده بسیار مورد توجه است [3و4].
نیاز به ادوات الکترونیک قدرت برای راهاندازی و کنترل این دسته از موتورها و هزینه زیاد آن از یک طرف و قیمت بالای آهنربا از سوی دیگر دو مشکل عمده تولید و استفاده از این موتورها در صنایع گوناگون بوده است. امروزه با ظهور ادوات الکترونیک سریع و ارزان و کشف منابع آهنربای دائم بسیار قدرتمند و کاهش نسبی قیمت آهنربای دائم، ساخت این موتورها و استفاده از آنها در صنعت اقتصادی و عملی شده است.
هم اینک موتورهای سنکرون اهنربای دائم بیشترین حجم تولید تجاری و پژوهشی موتورهای خطی را به خود اختصاص داده است [5-9]. کاربردهای متعددی در رنج وسیعی از عملکرد برای اینگونه موتورها وجود دارد. از این جمله میتوان به کاربردهای بسیاردقیق و با توان نسبتاً کم مانند صنایع تولید نیمههادیها [10] تا کاربردهایی با توانهای بالا مانند صنایع حمل و نقل [11] اشاره کرد. برخی دیگر از کاربرهای اینگونه موتورها در زیر آمده است:
- میزهای متحرک برای نصب قطعات بر روی بردهای الکترونیکی
- دستگاههای برش دیجیتالی
- کاربردهای پزشکی مانند تخت دستگاه اسکن مغز
- پرینترها و پلاترهای بزرگ
- اتوماسیون صنعتی و اداری و ...
ساختار موتورهای سنکرون آهنربای دائم خطی بسیار متنوع و گسترده است. ماهیت خطی بودن و ساختارهای مختلف آن مانند یکبر، دوبر و غیره در کنار آرایش و طرق مختلف بکارگیری آهنربای دائم، ساختارهای مختلفی را برای این موتورها امکان پذیر کرده است. یکی از مرسوم ترین این ساختارها ساختار یک بر اولیه کوتاه است. این ساختار مزایایی دارد که باعث شده به صورت گسترده ای در شرکت های تجاری ساخته شوند.
در این ساختار آهنربا بر روی مسیر قرار می گیرد و مسیر در قسمت هایی با طول مشخص ساخته می شود که با اتصال تعداد مناسب از آنها می توان به طول دلخواه رسید. از این گونه موتورها معمولاً در مسیرهای کوتاه استفاده می شود زیرا درمسیرهای بلندتر تغذیه اولیه آن مشکل می شود. برای تغذیه این موتورها همان طور که در شکل 1-1 دیده میشود سیم اتصالی به اولیه متصل است و ولتاژ را به موتور می رساند. محدودیت طول این سیم و طول مسیر شامل آهنربای دائم بازه حرکتی اولیه را محدود می کند. در شکل 1-2 این ساختار به همراه مسیر شار آهنربای دائم آن (موتور در حالت بی بار) دیده میشود.
ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است
متن کامل را می توانید در ادامه دانلود نمائید
چون فقط تکه هایی از متن برای نمونه در این صفحه درج شده است ولی در فایل دانلودی متن کامل همراه با تمام ضمائم (پیوست ها) با فرمت ورد word که قابل ویرایش و کپی کردن می باشند موجود است
بهینه سازی طراحی و مدلسازی مطلوب با هدف افزایش بازده ی موتور سنکرون آهنربای دائم خطی