طراحی موتور القایی - قسمت دوم

در این مقاله قصد داریم جزئیات طراحی موتور القایی را تشریح کنیم

طراحی موتور القایی - قسمت دوم

محاسبات مدار معادل

مدار معادل موتور القاییمحاسبه جریان مغناطیس کنندگی

 

17. اندوکتانس مغناطیس کنندگی را حساب کنید.

mmf مغناطیس کنندگی

Kc: ضریب کارتر برای محاسبه افزایش طول موثر فاصله هوایی به دلیل باز شدن شیارها است و معمولا در محدوده 1 تا 1.5 قرار دارد.

 

Fmts، Fmtr، Fmcs، Fmcr افت MMF در امتداد دندانه های استاتور، دندانه های روتور، هسته استاتور، و هسته روتور، که از چگالی شار معین و منحنی B-H برآورد شده است.

اشباع دندانه هاضریب اشباع دندانه ها، باید با مقدار انتخاب شده در مرحله 1 متناسب باشد.

جریان مغناطیس کنندهاندوکتانس نشتی استاتور را محاسبه کنید

18. راکتانس نشتی که متشکل از اجزاء مختلفی است را به کمک چند معادله و روابط تجربی (بسیار تقریبی هستند) محاسبه کنید.

محاسبه اندوکتانس نشتی استاتور

 ضرایب نشت شیار

ضریب نشت شیار

 ضریب نشت دیفرانسیلی

 ضریب نشت دیفرانسیلی

ضرایب نشتی دو سر انتهایی سیم پیچ

ضرایب نشتی دو سر سیم پیچ

 محاسبه اندوکتانس نشتی روتور

 راکتانس نشتی که از چند بخش تشکیل می شود را با استفاده از چند معادله و فرمول تجربی (که بسیار تقریبی هستند) محاسبه کنید.

محاسبه اندوکتانس نشتی روتور

 انوکتانس دیفرانسیلی روتور

اندوکتانس دیفرانسیلی روتور

 اندوکتانس نشتی انتهای روتور

محاسبه اندوکتانس انتهای روتور

 محاسبات؛ تجزیه و تحلیل المان محدود (FEA)

  •  FEA بر اساس راه حل عددی میدان مغناطیسی پایه گذاری شده است. FEA بر اساس نظریه های تحلیلی، مثل مدار معادل کلاسیک که قبلا نشان دادیم، نیست.
  • طراح به FEA هندسه و فیزیکی ماشین، خواص مواد، تحریک اعمال شده به سیم پیچ (منبع ولتاژ یا جریان)، و بار ماشین را به عنوان ورودی می دهد. خروجی FEA عملکرد کلی ماشین مانند: جریان سیم پیچی (اگر منبع ولتاژ اعمال شده)، گشتاور شفت، سرعت روتور در یک بار مکانیکی خاص و غیره می باشد.
  • تلفات مس از طریق راه حل جریان FEA و مقاومت محاسبه شده توسط طراح بدست می آید
  • تلفات هسته عمدتا به طور تقریبی از راه حل چگالی شار در هسته و داده های مواد و به صورت آفلاین محاسبه می شود.
  • محاسبات FEA به عنوان یک شیء کلی با ماشین رفتار می کند. نه می تواند به طور مستقیم مقادیر راکتانس و مقاومت مدار معادل را محاسبه کند و نه مولفه های جزئی نشت اندوکتانس (نشت شیارها، نشت دیفرانسیلی، و غیره)
  • طراح الکتروموتور راندمان و ضریب قدرت را به صورت آفلاین و بر اساس گشتاور و جریانِ FEA محاسبه می کند
  • در FEA دو بعدی، اثر انتهایی توسط مدار معادل که متشکل از مقاومت ها و راکتانس ها است که به عنوان یک ورودی از سوی طراح وارد می شوند، تقریب زده می شود. FEA سه بعدی خود می تواند اثر انتهایی را در محاسباتش داخل کند
  • FEA بسیار وقت گیر است، FEA دو بعدی ساعت ها طول می کشد تا عملکرد یک طرح را شبیه سازی کند و FEA سه بعدی روزها طول می کشد.

 عملکرد الکتروموتور یا موتور القایی را محاسبه کنید.

20. چندین کتاب درسی نحوه محاسبه جریان میله های روتور و حلقه انتهایی، مقاومت و تلفات هادی را شرح داده اند. از این رو مقاومت روتور یک فاز روتور معادل را پیدا کنید. اکنون مدار معادل کامل است.

21. از FEA برای بررسی هرگونه مشکل در چگالی شار استفاده کنید.

22. تمام تلفات آهن را از روی اطلاعات تلفات مواد (در واحد وات بر کیلو گرم) که وابسته به چگالی شار و فرکانس هستنند به صورت آفلاین محاسبه کنید.

23. اصطکاک و مقاومت هوا را یک در صدِ توان ورودی در نظر بگیرید.

24. حال تمام عناصر مدار معادل مشخص شده اند. با استفاده از آنها راندمان و ضریب توان در حالت بار کامل را محاسبه کنید. اگر مقادیر بدست آمده با آنچه که در مرحله 1 فرض کرده بودیم همخوانی نداشت، به مرحله 1 برگردید و تمام مراحل 2 تا 17 را تکرار کنید.

25. محاسبه داده های عملکرد موتور از مدار معادل و مقایسه با نتایج حاصل از FEA :

  •  لغزش در بار کامل
  • گشتاور و جریان راه اندازی
  • منحنی گشتاور-سرعت ( اگر قابل قبول نیست، هندسه شیار های روتور را تغییر داده و به مرحله 12 برگردید.)
  • در صورت تغذیه از مبدل، ریپل گشتاور

26. طراحی مکانیکی

27. طراحی حرارتی. اگر افزایش دما زیاد باشد، یا با افزودن پروانه های خنک کننده عملیات خنک کاری را تقویت کنید یا با بازگشت به مرحله 1 و تنظیم مقدار بارگذاری مغناظیسی و بارگذاری الکتریکی طراحی را تکرار کنید.

28. وزن و حجم را محاسبه کنید.

 روشهای اصلاح طرح ها

پس از مراحل بالا طرح های بدست آمده را می توان مطابق با جدول زیر اصلاح نمود.

روشهای اصلاح طراحی اولیه

 

مراحل جا مانده

  • خودکار کردن فرایند بهینه سازی، برای حذف نیاز به تکرار چندین مرحله و گزینه پیش رو برای رسیدن به راه حل بهینه به روش آزمون و خطا.
  • بهترین مواد برای استفاده در فرکانس های بالا کدام مواد هستند؟
  • چگونگی انتخاب اولیه پارامترها برای برآورده ساختن نیازهای خاص مانند نیاز موتور به گشتاور بالا؟
  • محاسبات دقیق تر خنک کننده.
  • اثرات مرتبه دوم: اثرات سیم پیچ انتهایی، هارمونیک ها، فعل و تاثیرات اینورتر، تلفات ریپل(موجی)، و غیره...

مراجع

 

I. Boldea and S. A. Nasar, The induction machine handbook, 1 ed.: CRC express, 2001.[1]

[2]  T. A. Lipo, Introduction to AC machine design, 2 ed.: University of Wisconsin-Madison, 2004

[3]  M. G. Say, Performance and design of AC machines: Pitman, London, 1970

[4]  F. Fu and X. Tang, Induction machine design handbook: China Machine Press, 2002

[5] Ronald G. Harley Yao Daun, Traditional Design of Cage Rotor Induction Motors, Georgia Institute of Technology November, 2009

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 این مقاله در حال تکمیل شدن است.

 طراحی الکتروموتور و درایو

 

 

نظرات کاربران

نظر خود را ثبت نمایید

CAPTCHA code