انتخاب فرکانس و تعداد فازها برای طراحی ماشین شار محور آهنربا دائم (afpm) سرعت پایین

از مهمترین مسائل پیشروی طراحان ماشین های الکتریکی، انتخاب پارامترهای اکیداً مستقل الگوریتم طراحی از جمله فرکانس سیستم تغذیه و تعداد جفت قطب های سیستم تحریک می باشد. بدون شک انتخاب اینچنین پارامترهای اکیداً مستقل بر روی عملکرد کمی و کیفی ماشین در شرایط متفاوت اثرگذار است. چه بسا با انتخاب نامناسب این پارامترها، خواسته های طراحی محقق نشود و طراحی با بن بست جدی مواجه گردد. در نتیجه در صورت وجود نتایج حاصل از یک مطالعه وسیع در رابطه با انتخاب فرکانس سیستم تغذیه با عنایت به رفتار شاخصه های دارای اهمیت به خصوص در هنگام تغذیه از سیستم درایو و یا وجود رابطه ای تحلیلی بیانگر نحوه رفتار شاخصه های مهم از جمله راندمان ماشین نسبت به فرکانس تغذیه، طراح می تواند برای انتخاب این پارامترهای مستقل از توصیه ها و روابط استخراج شده، استفاده نماید. از اینرو در این رساله سعی شده است مطالعات وسیعی در راستای شناسایی تاثیر پارامتر اکیداً مستقل فرکانس تغذیه بر روی عملکرد و شاخصه های دارای اهمیت ماشین با ساختار معرفی شده صورت پذیرد. بدین منظور در رساله پیش رو ابتدا ابزارهای مورد نیاز برای انجام چنین مطالعه نسبتاً وسیعی در فصل های دوم تا پنجم معرفی می گردد. این ابزارها شامل استخراج روابط ابعادی ماشین با ساختار مطرح شده، مدلسازی تحلیلی با اتکا به پارامترهای ابعادی، مدلسازی و شبیه سازی به روش اجزاء محدود، مدلسازی دینامیکی گذرایی و طراحی سیستم تغذیه و کنترل ماشین طراحی شده در هر فرکانس طراحی است. ماشین مورد مطالعه در این رساله، ماشین afpm نوع torus-ns می باشد که برای بهره گیری به عنوان بخش محرک سیستم پیشران زیردریایی دیزل الکتریک، طراحی می گردد. از اینرو با توجه به کاربرد مطرح شده، شاخصه های راندمان به لحاظ مدت زمان مانور، چگالی توان به لحاظ حجم و وزن اشغال شده، محدوده زاویه قدرت به لحاظ توانایی در طراحی سیستم های کنترل متنوع و رعایت محدوده پایداری و ریپل گشتاور به لحاظ مسائل مربوط به نویز، لرزش و تلفات از سایر شاخصه ها از اهمیت بیشتری برخوردارند. در این رساله نیز انتخاب فرکانس سیستم تغذیه براساس رفتار این شاخصه ها صورت گرفته و در انتها برای راندمان ماشین بر حسب پارامترهای فرکانس تغذیه، تعداد جفت قطب ها و توان خروجی رابطه ای تحلیلی در راستای تکمیل الگوریتم طراحی ماشین ارائه شده است. در زیردریایی های دیزل الکتریک زمان ماندگاری در زیر آب و قابلیت انجام عملیات آرام در سرعت های مختلف اهمیت ویژه ای دارد. طراحی موتور پیشران با بهره بالا و انتخاب تکنیک مناسب تغذیه سیستم پیشران توسط بانک باتری ها در بارها و یا سرعت های مختلف، دستیابی به اهداف مذکور را میسر می-کند. بدین منظور در این رساله یک ساختار کنترلی ویژه برای درایو یک موتور afpm چند لایه پیشران یک زیردریایی، با قابلیت تغذیه اختیاری لایه های موتور در بارها و سرعت های عملکردی مختلف، معرفی و عملکرد آن مورد مطالعه و بررسی دقیق قرار می گیرد. امکان و نحوه ترکیب لایه های یک موتور چند لایه و تغذیه آنها، با توجه به روش مونتاژ و یا میزان شیفت زاویه بین روتورهای لایه های مختلف انجام می گیرد. الگوریتمی برای سوئیچینگ خودکار لایه ها به منظور دستیابی به بازده بیشینه در سرعت های مختلف و شبیه سازی دینامیکی گذرایی موتور و سیستم تغذیه در محیط نرم افزار matlab، ارائه می شوند و مسائل مربوط به عملکرد گذرایی در هنگام سوئیچ لایه ها و مشخصه های عملکردی موتور در حالت دائمی در سرعت های مختلف مورد ارزیابی قرار می گیرد.