27619

طراحي و بهينه سازي چندهدفه موتور سنكرون رلوكتانسي تقويت شده با آهنربادائم مبتني بر مدل جايگزين

كارشناسي ارشد

برق- الكترونيك قدرت و ماشين‌هاي الكتريكي

1398

1401/06/30

ابوالفضل واحدي

برق

امروزه ماشين‌هاي الكتريكي، به عنوان عضو جداناپذير صنعت و فناوري‌هاي پيشرفته از جمله انرژي‌هاي تجديدپذير، حمل‌ونقل، پزشكي، دفاعي و فضايي، از نقش تعيين‌كننده‌اي برخوردار هستند. به همين سبب، موضوع بهبود و بهينه‌سازي عملكرد ماشين‌هاي الكتريكي همواره مورد توجه محققين و سرمايه‌گذاران قرار گرفته است. موتورهاي سنكرون رلوكتانسي رقيبي جدي براي موتورهاي معمول از جمله موتورهاي القايي معرفي ميشوند. يكي از روشهاي دستيابي به عملكرد بهتر موتورهاي سنكرون رلوكتانسي، استفاده از آهنربادائم در ساختار آنهاست. در اين ميان، با اقتباس ساختاري ويژه تحت عنوان "ساختار چندتكه‌اي در راستاي محور" ميتوان به چگالي گشتاور بالا به همراه ريپل كم در گشتاور خروجي رسيد. اما ساختار پيچيده و متغير در راستاي محوري موتور، باعث دشواري فرآيند طراحي بهينه‌ آن و سنگيني محاسبات لازم براي رسيدن به اين هدف ميگردد. به همين سبب، تمركز اين پايان‌نامه بر توسعه‌ي يك روش مدلسازي جديد با نام "مدل پيشبيني شكل موج" ميباشد تا با كمك آن، بر پيچيدگي فرآيند بهينه‌سازي موتورهاي سنكرون رلوكتانسي-آهنربادائم با ساختار چندتكه‌اي در راستاي محور غلبه شود. اين روش پيشنهادي بر پايه‌ي مدلسازي جايگزين بوده كه از توانايي پيشبيني تغييرات شكل موج‌هاي خروجي موتور از جمله گشتاور بر حسب متغيرهاي ورودي مانند ابعاد آهنربادائم مصرفي و نحوه‌ي قرارگيري آن در ساختمان روتور برخوردار است. به منظور ايجاد يك چارچوب براي ارزيابي عملكرد روش پيشنهادي، ابتدا به معرفي مفاهيم پايه‌اي مربوط به بهينه‌سازي موتور سنكرون رلوكتانسي-آهنربادائم با ساختار چندتكه‌اي در راستاي محور پرداخته ميشود. به دنبال اين بخش و پس از بررسي معايب روش‌هاي گذشته، روش پيشنهادي پيشبيني شكل موج به تفصيل مورد بحث قرار گرفته و عملكرد آن به وسيله يك مطالعه‌ي نمونه‌اي بر پايه‌ي يك ماشين آهنربادائم داخلي ارزيابي ميشود. در ادامه نيز، نحوه‌ي استفاده از اين روش براي بهينه‌سازي موتور سنكرون رلوكتانسي-آهنربادائم با ساختار چندتكه‌اي در راستاي محور بيان ميشود. در انتها نيز به منظور صحت سنجي مزاياي روش پيشنهادي، از يك نمونه‌ي آزمايشگاهي بهره‌جويي شده و به كمك روش پيشنهادي، موتور ساخته‌شده بهينه‌سازي ميگردد. در نتيجه‌ي اين بهينه‌سازي، ريپل گشتاور به طور چشم‌گيري كاهش يافته در حالي كه مقدار متوسط گشتاور افزايش ميابد.

1401/10/07

Design and Multi-objective optimization of Permanent magnet assisted Synchronous reluctance motor based on surrogate modeling technique

9/21/2023 12:00:00 AM

Electrical machines are an inseparable and crucial part of today’s world covering wide range of applications. In this regard, the design optimization of electrical machines has always been a matter of interest for researchers and industry leaders. Synchronous reluctance motors (SynRMs) are known as a potential alternative for conventional induction motors (IMs) providing a higher torque density and higher efficiency. In order to have a SynRM with improved performance, the “axially segment structure” can be adopted as a novel solution leading to a better torque characteristic. However, the complexity of the machine’s structure alongside the high number of design parameters, make it difficult to conduct a reliable optimization process. Therefore, in this thesis, a new optimization and modeling technique called “Waveform-targeting surrogate model (WTSM)” has been introduced to tackle the issues related to the axially segment permanent magnet assisted SynRMs (ASPM-SynRMs) optimization process. The proposed method is based on WTSM that is capable of predicting the torque waveform of the machine as a function of design variables. In order to properly assess the efficiency of the proposed solution in comparison with existing methods, the thesis has been organized as following: first, a brief introduction about the previous methods and their drawbacks has been presented. Then, the details of proposed WTSM have been discussed in details. After that, the optimization process of ASPM-SynRM based on proposed method is presented while the efficiency of the method has been assessed based on an experimental case study. As a result, the average torque has been improved while the torque ripple rate of the machine has been significantly reduced by the help of the proposed method.

مدل پيشبيني شكل موج , موتور سنكرون رلوكتانسي تقويت شده با آهنربادائم با ساختار چندتكه اي در راستاي محور , بهينه سازي چندهدفه , مدلسازي جايگزين

Wavefrom Prediction Model , Axially Segmented Permanent Magnet Assisted Synchronous Reluctance Motor , Multi-objective Optimization , Surrogate Modeling

Farnam Farshbaf Roomi

Prof. Abolfazl Vahedi