25519

مدل‌سازي مغناطيس‌زدائي در موتورهاي آهنرباي دائم و ارائه يك طرح مقاوم

دكتري تخصصي

برق قدرت

1400

10 شهريور 1400

دكتر ابوالفضل واحدي

مهندسي برق

در سال‌هاي اخير موتورهاي آهنرباي دائم با توجه به خصوصيات عملكردي بسيار مناسب از قبيل راندمان زياد، قابليت اطمينان زياد و چگالي توان و گشتاور زياد در صنايع مختلفي مورداستفاده قرارگرفته‌اند. گشتاور روي محور اين موتورها از اثرمتقابل ميان ميدان آهنرباي دائم و ميدان آهنرباي الكتريكي به وجود مي‌آيد. بنابراين هرگونه خطايي در اين دو بخش باعث تضعيف عملكرد موتور مي‌شود. يكي از اين خطاهاي مهم پديده مغناطيس‌زدائي است كه در اثر شرايطي از قبيل عكس‌العمل آرميچر، دما و تنش‌هاي مكانيكي به وجود مي‌آيد. ازاين‌رو در اين رساله به مدل‌سازي و بهينه‌سازي موتورهاي آهنرباي دائم ازنقطه‌نظر مغناطيس‌زدائي پرداخته مي‌شود. در اين رساله در ابتدا مفهوم مغناطيس‌زدائي و مزاياي اين پديده موردبررسي قرار مي‌گيرد. سپس مروري بر مراجع موجود درزمينهٔ روش‌هاي مدل‌سازي و بهينه‌سازي ماشين‌هاي آهنرباي دائم ازنقطه‌نظر مغناطيس‌زدائي برگشت‌ناپذير ارائه مي‌شود. در ادامه چهار روش مختلف شامل مدل‌سازي مغناطيس‌زدائي مبتني بر روش اجزا محدود، روش مدار معادل مغناطيسي، روش پردازش تصوير و روش تركيبي ارائه خواهد شد. در فصل 4 مباني بهينه‌سازي در ماشين‌هاي الكتريكي ارائه‌شده و سه روش تركيبي براي بهينه‌سازي و طراحي مقاوم ماشين‌هاي الكتريكي ازنقطه‌نظر مغناطيس‌زدائي ارائه مي‌گردد. با توجه به اينكه بحث مغناطيس‌زدائي در پيشران‌هاي الكتريكي، به دليل ماهيت چگالي توان-گشتاور بالا، از اهميت بال خصوصي برخوردار است، در فصل 5 اصول طراحي ماشين آهنرباي دائم براي كاربرد در پيشران‌هاي الكتريكي و بخصوص خودرو الكتريكي ارائه خواهد شد. موتور طراحي‌شده در اين فصل به‌عنوان مبنايي براي ارائه ساختار مقاوم در برابر خطاي مغناطيس‌زدائي استفاده خواهد شد. درنهايت با توجه به اينكه اكثر تحليل‌ها بر مبناي تحليل‌هاي اجزاي محدود مورد تأييد قرارگرفته‌اند لازم بود به‌گونه‌اي تحليل‌هاي اجزاي محدود نيز مورد ارزيابي قرار گيرد كه براي اين كار يك نمونه كوچك ساخته‌شده و مورد آزمون قرار خواهد گرفت. مراحل طراحي، ساخت و آزمون اين نمونه در فصل 6 موردتوجه قرار گرفته‌شده است. درنهايت در فصل 7 جمع‌بندي و پيشنهادها ارائه‌شده است.

1400/08/22

Modelling of Demagnetization Phenomenon in PM motors and proposing a robust design

9/1/2021 12:00:00 AM

In recent years, permanent magnet motors have been used in various industries due to their high-performance characteristics such as high efficiency, high reliability and high power density and torque. The torque of these motors is caused by the interaction between the permanent magnet field and the electric magnet field. Therefore, any error in these two parts will weaken the performance of the motor. One of these important errors is the demagnetization phenomenon, which is caused by conditions such as armature reaction, high temperature and mechanical stresses. Therefore, in this dissertation, modeling and optimization of permanent magnet motors in term of irreversible demagnetization will be investigated. In this dissertation, the concept of demagnetization and the drawbacks of this phenomenon are first examined. Then, an overview of the existing references in the field of modeling methods and optimization of permanent magnet machines in term of irreversible magnetization is presented. In the following, four different methods including demagnetization modeling based on finite element method, magnetic equivalent circuit method, image processing method and combined method will be presented. Chapter 4 presents the basics of optimization in electric machines and three combined methods for optimization and robust design of electric machines in term of irreversible demagnetization. Given that the discussion of demagnetization in electric propulsion is of particular importance due to the nature of high power-torque density, Chapter 5 presents the design principles of a permanent magnet machine for use in electric propulsion, especially electric vehicles. The motor designed in this chapter will be used as a basis for providing a robust design structure to demagnetization phenomenon. Finally, since most analyzes have been validated based on finite element analyzes, it was necessary to evaluate the FEM results. Therefore, a prototype will be made and tested. The design, fabrication and testing steps of this sample are considered in Chapter 6. Finally, Chapter 7 provides a summary and recommendations.

مغناطيس‌زدائي , روش اجزاي محدود گام‌به‌گام , مدار معادل مغناطيسي , آهنرباي دائم , طراحي مقاوم , بهينه‌سازي , ناحيه تضعيف شار

Demagnetization , Time Stepping Finite Element Method , Magnetic Equivalent Circuit , Permanent Magnet , Robust Design , Optimization , Field Weakening Region