مدلسازی و تحلیل ماشین های شار متقاطع با استفاده از روش مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته

ماشین شار متقاطع یکی از انواع ماشین های سنکرون مغناطیس دائم است که در آن خطوط شار و صفحه عمود بر محور دوران رتور بر یکدیگر عمود می باشند. مسیر سه بعدی شار در ماشین های شار متقاطع استفاده از یک سیم پیچ برای تولید شار در همه قطب های ماشین را امکان پذیر می سازد و چون مسیر شار در هسته استاتور در این نوع ماشین ها کوتاه تر از ماشین های معمولی است چگالی شار فاصله هوایی در مقایسه با سایر ماشین ها بیشتر می باشد. مزیت چگالی گشتاور و توان بالای این ماشین و سادگی ساخت ماشین با تعداد قطبهای بسیار بالا موجب شد که این ماشین به ویژه در کاربردهایی نظیر موتورهای محرکه کشتی که نیاز به ماشین با گشتاور بالا و سرعت پائین دارند مورد توجه قرار گیرد. چگالی گشتاور در ماشین های شار متقاطع به طور نوعی سه تا چهار برابر ماشین های dc، سنکرون و القایی می باشد در حالی که از لحاظ وزن سه تا پنج برابر سبکتر از سایر انواع ماشین ها با توان مشابه می باشد. . نسبت توان به وزن برای ماشین های شار متقاطع به طور نوعی در محدوده 2 - 5/0 است که این مشخصه برای سایر انواع ماشین ها 8/0 - 25/0 می باشد. همچنین نسبت گشتاور به حجم در موتورهای شار متقاطع با طراحی و کاربردهای خاص گشتاور بالا حدود 90 برای موتورهای شار متقاطع معمولی حدود 40-20 است. در حالیکه در ماشین های معمولی این نسبت حدود 10 - 5 است. مهمترین ویژگی ماشین شار متقاطع در کاربردهای با سرعت پایین امکان حذف جعبه دنده است که موجب افزایش بازده و کاهش هزینه تعمیر و نگهداری سیستم می شود. اخیرا با گسترش نیروگاه های بادی، ماشین شار متقاطع به عنوان یکی از گزینه های مناسب برای توربین-ژنراتورهای بادی بدون جعبه دنده مورد توجه قرار گرفته اند. در این پایان نامه یک روش تحلیلی برای مدلسازی ماشین های شار متقاطع بر مبنای مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته ارائه شده است. روش پیشنهادی در این پایان نامه برای مدلسازی و تحلیل ماشین شار متقاطع بر مبنای روش لوله های شار می باشد که در آن اثرات اشباع هسته فرومناطیسی و شار نشتی نیز در نظر گرفته شده اند. مدل ارائه شده شامل ترکیب سری-موازی رلوکتانسهای معادل بخش های مختلف ماشین شامل فاصله هوایی، مغناطیس دائم، و هسته های فرومغناطیس استاتور و رتور ماشین می باشند. دقت مدل پیشنهادی با مقایسه مشخصه های ماشین با نتایج تحلیل به روش اجزای محدود مورد ارزیابی قرار گرفته است. همچنین برای راست آزمایی مدل و روش پیشنهادی، یک نمونه عملی از ماشین شار متقاطع 8 قطبی با آهنربای دائمی ساخته شده و مشخصه های استاتیکی آن اندازه گیری و با نتایج مدل پیشنهادی مقایسه گردیده اند. نتایج بررسی نشان می دهد که خطای مدل تحلیلی ارائه شده کمتر از 8% است که می توان از آن برای طراحی مقدماتی ماشین های شار متقاطع استفاده نمود.