19060

۱۹۰۶۰

طراحي بهينه سيستم ياتاقان مغناطيسي ابررسانا با استفاده از فيزيك چندگانه

دكتري

قدرت

۱۳۹۱ - ۱۳۹۶

۱۳۹۶/۱۱/۱۷

دكتر حسين حيدري

برق

امروزه ياتاقان‌هاي مغناطيسي ابررسانا به‌عنوان جايگزين ياتاقان‌هاي معمولي در صنايع مختلف ازجمله صنعت برق كاربرد فراوان دارند. از مزيت‌هاي اين ياتاقان‌ها نسبت به ياتاقان‌هاي معمولي مي‌توان به عملكرد بدون اصطكاك ميان روتور و استاتور و عدم نياز به تجهيزات كنترلي جهت پايدارسازي ياتاقان اشاره نمود. قدم اول در پياده‌سازي عملي ياتاقان مغناطيسي ابررسانا بحث مدل‌سازي آن است. در اين رساله از مدل‌سازي درشت نمود كه مبتني بر معادلات ماكسول است استفاده‌شده و با استفاده از فرمول‌بندي شدت ميدان مغناطيسي و مدل قانون توان معادلات الكترومغناطيسي حاكم بر ياتاقان استخراج‌شده است. جهت شبيه¬سازي دما از معادله حرارت استفاده‌شده است. معادلات الكترومغناطيسي به همراه معادله حرارت يك دستگاه معادلات غيرخطي با مشتقات جزئي را تشكيل مي‌دهند. روش‌هاي مختلفي جهت حل اين دستگاه معادلات وجود دارند كه مهم‌ترين آن‌ها روش عددي اجزاء محدود است. در اين رساله دو روش شبه تحليلي جهت حل اين دستگاه معادلات ارائه‌شده و با روش اجزاء محدود مقايسه شده است. ياتاقان موردمطالعه در اين رساله ياتاقان مغناطيسي ابررساناي شعاعي بوده كه به‌طوركلي به دو بخش روتور و استاتور تقسيم مي‌شود. بهينه‌سازي در اين دو بخش ازلحاظ ابعاد و تعداد آهنرباهاي روتور، جنس آهنرباهاي روتور، جهت مغناطيس شدگي آهنرباها، اندازه و ابعاد ابررسانا و جنس ابررسانا انجام‌شده است. همچنين اثر افزودن مواد جديد در ساختار استاتور به‌منظور افزايش راندمان خنك‌سازي و مسئله خراب شدن سيستم خنك‌سازي موردبررسي و تحليل قرارگرفته است. در پايان الگوريتمي جهت طراحي ياتاقان ابررساناي شعاعي ارائه شده است. ورودي اين الگوريتم جرم قابل تحمل توسط ياتاقان بوده و خروجي آن ابعاد المان‌هاي ياتاقان مي‌باشد.

1397/03/05

Optimal Design of Superconducting Magnetic Bearing System Using Multi-physics

5/26/2018 12:00:00 AM

Nowadays, high temperature superconducting (HTS) bearings as an alternative for conventional bearings are applied in various industries including power industry. Some advantages of HTS bearings compared to the conventional ones include low-friction performance and no need for control equipments in order to stabilize the bearing. The first step to practical implement HTS bearing is devoted to modeling issuses. In this thesis, macroscopic modeling based on Maxwell’s equations is employed and using H-formulation accompanied by power-law model, the governing electromagnetic equations are extracted. In order to thermal simulation, heat equation is used. Electromagnetic equations along with the heat equation constitute a set of nonlinear partial differential equations. There are different methods to treat this set of equations which among those, a numerical approach called finite element method (FEM) has more application. In this thesis, two semi-analytical methods are also presented to tackle the problem and they are compared with FEM. The under-study bearing in this thesis is radial-type HTS bearing that mainly divided into two parts, the rotor and the stator. Optimization process is carried out to find optimal structure of the bearing in terms of dimentions and number of permanent magnets in rotor, their material and magnetization directions as well as dimentions and material type of superconductor in the stator. Furthermore, the effect of incorporating new materials in the stator structure in order to enhance the cooling efficiency and failure of the cryogenic system are analyzed. Finally, a design algorithm for HTS bearing is proposed. Rotor mass is the input for this algorithm and the output is the dimensions of elements used in the bearing.