امروزه موتورهای سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی، یک نوع موتور کاملاً مناسب برای کاربردهای با بازده ی بالا به حساب می آیند. هدف اصلی در پروژه ی حاضر، طراحی بهینه ی یک موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تکفاز خود راه انداز بر مبنای برجستگی مغناطیسی است. در این پروژه پس از انتخاب یک موتور القایی تکفاز به عنوان موتور القایی مرجع، با استفاده از تحلیل اجزای محدود، به طراحی بهینه ی یک موتور خود راه انداز سنکرون رلوکتانسی تکفاز خودراه انداز با همان ساختار استاتور موتور القایی مرجع و همان توان پرداخته شده است. به این منظور مشخصات موتور از جمله جنس و هندسهی ورق های استاتور، طول محوری ماشین، نوع سیم بندی و ... ثابت فرض شده و تنها شکل و تعداد سد کننده های شار رتور بر مبنای نسبت برجستگی و با استفاده از یک الگوریتم خودکار بهینه سازی شده است. سپس با اضافه کردن مقدار مناسبی آهنربا به ساختار بهینه ی بدست آمده برای رتور موتور سنکرون رلوکتانسی، این موتور به یک موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تبدیل شده است. این آهنربا از طریق افزایش نسبت برجستگی و همچنین اضافه کردن گشتاور آهنربایی به گشتاور کلی ماشین، باعث افزایش بازده و چگالی گشتاور آن می گردد. هر دو موتور سنکرون رلوکتانسی و سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی بهینه سازی شده، قابلیت راه اندازی زیر بار و سنکرون شدن را دارا هستند. موتور القایی مرجع نیز می تواند زیر بار راه اندازی شود. از آنجایی که محاسبات اجزای محدود دینامیکی برای بررسی این قابلیت ها و نیز محاسبه ی بازده و ضریب توان در موتور های فوق فرآیندی سنگین و زمان بر است، ابتدا پارامترهای هر سه موتور با استفاده از تحلیل اجزای محدود استاتیکی تخمین زده شده و سپس برای شبیه سازی حالت گذرای ماشین ها از ابزار سیمولینک نرم افزار متلب استفاده شده است. برای شبیه سازی دینامیکی در محیط سیمولینک نرم افزار متلب، مدل های d-q ارائه شده برای موتورهای فوق مورد استفاده قرار گرفته اند. اگرچه مدل های d-q برای موتورهای القایی، سنکرون رلوکتانسی و سنکرون آهنربایی تکفاز ارائه شده است [7]، ولی برای تعمیم آن به موتور سنکرون رلوکتانسی با آهنربای کمکی تکفاز خودراه انداز، باید در این مدل ها تغییراتی اعمال نمود. در این مدل، اثر اشباع تقاطعی نیز در نظر گرفته شده است. در مرحله ی بعد، مقدار ضربان گشتاور دندانه که ناشی از تغییرات رلوکتانس فاصله ی هوایی است، برای هر سه موتور توسط تحلیل اجزای محدود بدست آمده و از روشی برای کاهش آن در دو موتور سنکرون طراحی شده استفاده شده است . برای بررسی صحت نتایج، نتایجِ حالت ماندگار بدست آمده در پایان شبیه سازی دینامیکی با استفاده از سیمولینک نرم افزار متلب با نتایج حالت ماندگار بدست آمده از تحلیل اجزای محدود مقایسه شده اند. در نهایت چگالی گشتاور، بازده، ضریب توان، ضربان گشتاور دندانه و ضربان گشتاور ناشی از برهم کنش مولفه های راست گرد و چپ گرد در سه ماشین مورد نظر با یکدیگر مقایسه شده اند.

با توجه به کاهش ذخایر سوخت های فسیلی، گازهای طبیعی و افزایش بهای مصرفی و همچنین آثار سوءِ زیست محیطی آن ها، استفاده از انرژی های نو به ویژه انرژی باد رو به افزایش است. یکی از پرکاربردترین ژنراتورهای مورد استفاده در نیروگاه های بادی به دلیل داشتن مزایای ویژه، ژنراتور القایی تغذیه دوبل (dfig) است. از آنجا که توربین های بادی مجهّز به dfig بیشتر در مناطق روستایی با شبکه های محلی ضعیف و خطوط نسبتاً طولانی نصب می شوند احتمال وقوع عدم تعادل و اعوجاج هارمونیکی در ولتاژ شبکه به دلیل وجود بارهای غیرخطی، نامتقارن و یا خطاهای شبکه افزایش می یابد. وجود نامتعادلی در ولتاژ در صورت عدم کنترل، باعث ایجاد نوسانات با فرکانس دوبل در گشتاور الکترومغناطیسی، توان های اکتیو و راکتیو تزریقی به شبکه، وارد آمدن تنش های مکانیکی به شفت ژنراتور و توربین و موجب ناپایداری شبکه می گردد. در صورت عدم کنترل dfig در شرایط نامتعادل بودن ولتاژ، این ژنراتور در ولتاژهای با نامتعادلی بیش از %6، بالاجبار از شبکه جدا می گردد که این مسئله در صنعت تولید توان بادی امروزی قابل پذیرش نیست. تاکنون روش های کنترلی متعددی بر روی dfig متصل به شبکه با ولتاژ نامتعادل به کاررفته است. در روش های کنترلی اخیر از کنترل لغزان برای کنترل گشتاور الکترومغناطیسی و توان خروجی سیستم توسط مبدل های سمت رتور و شبکه dfig در شرایط نامتعادل و هارمونیکی بودن ولتاژ شبکه بدون جداسازی توالی های مثبت و منفی ولتاژ یا جریان استفاده شده است. این مسئله موجب بهبود عملکرد در مقایسه با سایر روش های کنترلی شده است. ولی همچنان به دلیل نامتعادل بودن جریان های استاتور و رتور و وجود هارمونیک های مزاحم از جمله هارمونیک های مرتبه دو در توان شبکه و گشتاور الکترومغناطیسی dfig که ناشی از عدم تعادل ولتاژ است نمی تواند در حد قابل قبولی به بهبود کیفیت توان اقدام نماید. همچنین وجود گرمای غیریکنواخت در سیم پیچ ها، در گذر زمان از عمر تجهیزات عایقی سیستم می کاهد. از این لحاظ از یک مبدل اضافی سری با استاتور (sgsc) جهت حذف توالی منفی ولتاژ در ساختمان dfig استفاده می نمایند که توانسته تا حد زیادی کیفیت توان را با حذف مولفه های هارمونیک دوم در توان و گشتاور الکترومغناطیسی بهتر نماید. روش های کنترلی به کاررفته در استفاده از مبدل سوم بیشتر مبتنی بر استفاده از کنترل کننده های pi می باشند. مشکلات عمده این روش ها، تنظیم پارامترهای pi و نیاز به تبدیلات متعدد بین قاب های مرجع است که در نتیجه پیاده سازی این کنترل کننده ها را مشکل می نماید. در این پایان نامه از روش کنترل لغزان جهت کنترل سیستم dfig به همراه sgsc استفاده شده است که ضمن حذف کنترل کننده های pi، پیاده سازی سیستم را ساده و قابل اجرا نموده است. از دیگر مزایای قابل توجه این تحقیق استفاده از روش ساده و سریعی برای بدست آوردن توالی مثبت و منفی ولتاژ شبکه است.

در سال های اخیر تولید نیروی برق با استفاده از انرژی باد به طور قابل توجهی رشد کرده است. برای این منظور، ژنراتورهای القایی با تحریک دو گانه و روتور سیم پیچی شده دارای مزایای عمده ای نسبت به دیگر ژنراتورها می باشند که از طریق یک مبدل الکترونیک قدرت به شبکه متصل می شوند. این موضوع باعث شده است که ژنراتورهای القایی با تحریک دوگانه از استقبال زیادی برای کاربردهای سرعت متغیر- فرکانس ثابت مانند توربین های بادی برخوردار باشند. عمده ترین مشکل به کارگیری ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه مربوط به اتصال جاروبک های ایستا به حلقه های لغزان روتور می باشد. این مورد سبب بالا رفتن هزینه بهره برداری و کوتاه شدن زمان دوره های تعمیراتی آن هاست. جهت حل این موضوع استفاده از ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه آبشاری پیشنهاد می شود. با توجه به کاربرد زیاد ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه آبشاری و مزایای آنها، نیاز به مدلسازی دقیق آنها با استفاده از روش تابع سیم پیچی احساس می شود. تا کنون ژنراتورهای القایی تغذیه دوگانه آبشاری، با رتور سیم پیچی شده مورد مطالعه قرار می گرفتند، اما در این پایان نامه با رتور قفسی تحلیل و مدل سازی شده اند. با توجه به کاربرد زیاد و استفاده روز افزون این ماشین ها در صنعت، مدل سازی دقیق این نوع ماشین و توانایی تحلیل عملکرد آن در همه شرایط بسیار سودمند خواهد بود. در این پایان نامه هدف اصلی طراحی، مدل سازی و بررسی رفتار یک ژنراتور القایی تغذیه دوگانه آبشاری با رتور قفسی بر اساس روش تابع سیم پیچ است. از این رو، یک مدل سازی دقیق با استفاده از روش تابع سیم پیچ که منجر به بررسی رفتار ژنراتور القایی تغذیه دوگانه آبشاری با در نظر گرفتن جریان میله ها و حلقه های انتهایی رتور ارائه شده است. . همچنین نتایج بدست آمده مدل سازی ارائه شده با استفاده از نرم افزار matlab ارائه شده و سپس با نتایج بدست آمده از نرم افزار fem تایید شده است.

در این پایان نامه یک مدل تحلیلی برای پیش بینی توزیع چگالی شاردر فاصله هوایی برای ماشین آهنربای سطحی در شرایط بی باری و بارداری ارایه شده است. اثر شیار استاتور به صورت جریان های مجازی در نظر گرفته شده است، نحوه مدل کردن جریان مجازی بطور مفصل بحث خواهد شد. اساس روش ارایه شده حل معادلات ماکسول در هر ناحیه و اعمال شرایط مرزی بین نواحی است. مزیت این روش نسبت به روش های تحلیلی پیشین ریاضیات ساده تر و حجم محاسبات کمتر می باشد.

در این پایان نامه از دو روش برای کاهش گشتاور دندانه ماشینهای آهنربای سطحی استفاده شده است. این دو روش، شکل معمول قطب های آهنربایی را تغییر می دهند. در روش اول قطب های آهنربایی به چند تکه با جهت مغناطیسی یکسان تقسیم می شوند. و در روش دوم کناره های قطب های آهنربایی مورب می شود. در هر دو روش تقارن نیم موج فرد در قطب های آهنربایی ماشین لحاظ شده است.