انرژی برگشتی است، مشخص است که نسبت برای ماشین با مشخصه مغناطیسی غیرخطی کمتر از این نسبت در ماشین با مشخصه مغناطیسی خطی است. پس برای یک توان خروجی معین، توان نامی اینورتر مربوط به ماشین با مشخصه مغناطیسی غیرخطی کمتر از ماشین با مشخصه مغناطیسی خطی است، لذا اثر دوم اشباع نیز مشخص می شود. همواره در طراحی ماشین های سوئیچ رلوکتانس سعی می گردد تا طول فاصله هوائی در حالت همپوشانی کمترین مقدار ممکن را داشته باشدتا ماشین در سطح جریان کمتری به اشباع رفته و در نتیجه نسبت تبدیل انرژی الکتریکی ورودی به انرژی مکانیکی خروجی بزرگتر گردد.

( اینجا فقط تکه ای از متن فایل پایان نامه درج شده است. برای خرید متن کامل پایان نامه با فرمت ورد می توانید به سایت feko.ir مراجعه نمایید و کلمه کلیدی مورد نظرتان را جستجو نمایید. )

(الف)

(ب)
شکل ۲-۵- (الف) مسیر شار پیوندی- جریان برای ماده مغناطیسی با مشخصه خطی – (ب) مسیر شار پیوندی- جریان برای ماده مغناطیسی با مشخصه غیرخطی ]۲۰[

• • 1. 1. انتخاب موتور سوئیچ رلوکتانس برای کاربردهای مختلف

با توجه به نوع کاربرد و توان مورد نیازمی توان یکی از حالتهای زیر را انتخاب نمود:
۲-۷-۱- موتورسوئیچ رلوکتانس سه فاز
موتورهای سوئیچ رلوکتانس سه فاز، مشکل راه اندازی را در صورت رعایت محدودیتهای موجود در پارامترهای طراحی نداشته و نوسانات گشتاور آن نسبت به موتورهای تکفاز و دوفاز کمتر است. در موتورهای سه فاز می توان شش قطب برای استاتور انتخاب نمود و با توجه به ساختار استاتور، تعداد قطبهای روتور را باید به گونه ای انتخاب نمود که امکان راه اندازی موتور درکلیه‌ موقعیت های روتور وجود داشته باشد. به عنوان مثال انتخاب دوازده قطب و یا شش قطب برای روتور، به علت اینکه کلیه قطبهای استاتور و روتور در یک حالت، هم محورمی شوند انتخاب عملی نمی باشد. پس موتورهای سوئیچ رلوکتانس۱۲/۶ و ۶/۶ عملی نمی باشند. از طرف دیگر تعداد قطبهای روتور را نمی توان خیلی زیاد درنظر گرفت مثلاً موتور ۱۴/۶، مشکل مطرح شده در دو نوع موتور قبلی را نداشته اما چون تعداد قطبهای روتور زیاد است قطبهای استاتور باید باریک انتخاب شوند و به همین علت نسبت اندوکتانس حالت هم محوری به غیرهم محوری کاهش می یابد. به همین علت نسبت تبدیل انرژی کوچکی برای موتور حاصل می گردد، پس موتور۱۴/۶ هم ترکیب مناسب و قابل قبولی نمی باشد. یکی از ترکیبهای مناسب از لحاظ تعداد قطبهای استاتور و روتور برای دسته موتورهای سه فاز ترکیب شش قطب برای استاتور و حداکثر تعداد هشت قطب برای روتور است. لازم به ذکراست که می توان ترکیب ۸/۱۲ را نیز برای موتور سوئیچ رلوکتانس سه فاز، در نظرگرفت. در این ترکیب نسبت اندوکتانس حالت هم محوری به غیرهم محوری بزرگتری بدست آمده بنابراین، نسبت تبدیل انرژی بالاتری می توان بدست آورد و چون طول سیم پیچی های موتور کوتاهترمی شود، تلفات مسی کاهش می یابد. در این ترکیب طول مسیر میدان مغناطیسی، به عنوان مثال، نسبت به موتوری باترکیب ۴/۶ کوتاهتراست. مزیت فوق، کاهش نیروی محرکه مغناطیسی هر قطب، که به علت کوچک بودن سطح هر قطب حاصل می شود را جبران می سازد. موتورهای سوئیچ رلوکتانس سه فاز با ترکیبی مانند ۸/۱۲ در سرعت های پائین مناسب می باشند ولی از لحاظ هزینه اولیه نسبت به موتورهای ۴/۶ گرانتر می باشند. یکی از ترکیب های مناسب و اقتصادی برای موتور های سه فاز ترکیب ۴/۶ است. موتورهای سه فاز نسبت به موتورهای تکفاز و دوفاز نوسانات گشتاور کوچکتری ایجاد می کنند، اما به علت میزان نوسانات نمی توانند در همه موارد کاربرد داشته باشند.
۲-۷-۲- موتورسوئیچ رلوکتانس چهارفاز
دراین نوع موتورها اگر محدودیت های موجود در طراحی مد نظر قرارگیرند، مشکل راه اندازی را نداشته و موتور در هرموقعیتی که روتور قرارگیرد می تواند راه اندازی شود. این نوع موتورها نسبت به موتورهای سه فاز نوسانات گشتاور کمتری ایجاد می کنند، امّا به علت بالا بودن تعداد کلیدهای نیمه هادی در مدار سوئیچینگ و زیاد بودن تعداد اتصالات، هزینه اولیه بالاتری نسبت به موتورهای سه فاز دارند. در این نوع موتورها به علت افزایش تعداد قطب های روتور، زاویه گام کاهش یافته وتعداد گام های کارکرد در طی یک دور چرخش افزایش می یابد، که مسئله فوق باعث کاهش نوسانات گشتاور شده، بدون ‌آنکه نسبت اندوکتانس حالت هم محوری به غیر هم محوری را کاهش دهد.
از انواع مختلف موتورهای چهار فاز می توان به ترکیبهای ۶/۸ و۱۰/۸ اشاره نمود. در موتور۱۰/۸ قطبها نسبت به نوع ۶/۸ باریکتر بوده ونسبت اندوکتانس حالت هم محوری به غیرهم محوری نیزکمتر است. همچنین اندوکتانس حالت غیرهم محوری نسبت به موتور ۶/۸ بزرگتراست. به علت کاهش نسبت اندوکتانس هم محوری به غیر هم محوری نسبت تبدیل انرژی کاهش می یابد، لذا تعداد قطبهای روتور را خیلی بالا نمی برند. یکی از ترکیب های مناسب برای موتورسوئیچ رلوکتانس چهارفاز ترکیب ۶/۸ است.

• • • • 1. 1. موتور سوئیچ رلوکتانس پنج فاز

با رعایت محدودیت های موجود در پارامترهای طراحی موتور، این نوع موتورها در هر موقعیت مکانی روتور قادر به راه اندازی هستند. از این نوع موتورها می توان به عنوان موتورهای پله ای استفاده نمود. یک ترکیب مناسب از موتور سوئیچ رلوکتانس پنج فاز، ترکیب ۸/۱۰ می باشد. نوسانات گشتاور این نوع موتورنسبت به موتورهای چهار فاز کمتر بوده اما به علت افزایش تعداد کلیدهای نیمه هادی در مدارسوئیچینگ هزینه اولیه بالاتری نسبت به نوع چهار فاز دارند، به همین علت کاربرد محدودتری دارند.

• • 1. 1. روش های آنالیز موتور سوئیچ رلوکتانس ]۲۰[

روش های آنالیز مختلفی برای موتور سوئیچ رلوکتانس توسط محققان ارائه شده است. بعضی از روشها تقریبی بوده و فقط جهت ارزیابی اولیه طرح مناسب می باشند. از جمله این روشها می توان به روش میلر اشاره نمود. در مقابل روش های آنالیز بسیار دقیقی برای موتور سوئیچ رلوکتانس ارائه شده که در این خصوص می توان به روش اجزاء محدود اشاره نمود. این روش نیازبه محاسبات طولانی داشته و به علت بالا بودن تعداد المانها و در نتیجه زیاد بودن معادلات بدست آمده نیاز به کامپیوترهائی با حافظه بالا و صرف زمان زیاد دارد. درمقابل این دو روش ذکر شده روش مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته است^[۴](۱) که هم از دقت بالا و قابل قبول در مقایسه با روش تقریبی میلر برخوردار بوده و هم سرعت بالائی در مقایسه با روش اجزاء محدود دارد.
۲-۸-۱- مدل میلر جهت آنالیز موتور سوئیچ رلوکتانس]۲۱، ۲۲، ۲۳[
روش میلر که در سال ۱۹۹۰ ارائه شد، یک روش تقریبی با سرعت بالا بوده که برای تخمین و تقریب اولیه پارامترهای ماشین سوئیچ رلوکتانس مفید می باشد. در این روش، اثرات اشباع مغناطیسی بطور دقیق درنظر گرفته نشده و منحنی های عملکرد ماشین، با ارائه یک مدل تحلیلی پیش بینی می شود. در این روش مشخصات غیرخطی مغناطیسی موتور توسط توابع مرتبه اول یا دوم تقریب زده می شوند و در نهایت با بهره گرفتن از این تقریب ها، پارامترهای ماشین بدست می آیند.
در روش میلر شبیه سازی کارکرد موتور در واقع محاسبه شار پیوندی بر اساس انتگرال گیری از معادله ولتاژ زیر در حوزه زمان است:
(۲-۱۲)
در این رابطه v ولتاژ DC اعمال شده به سیم پیچی فاز و i جریان فاز است . با توجه به رابطه فوق در موقعیت جدید روتور، شار پیوندی را با انتگرال گیری بر روی گام زمانی قبل بدست آورده و سپس مقدار جدید جریان از اطلاعات شار پیوندی بر حسب جریان و موقعیت روتور محاسبه می گردد. محاسبه‌ انتگرال ساده بوده و مسئله اصلی بدست آوردن مدل صحیح برای داده های مغناطیسی است که با الگوریتمی جهت تعیین جریان زمانیکه موقعیت روتور و شار پیوندی مشخص است همراه می گردد. در روش میلر، منحنی های مغناطیسی در موقعیت هم محوری قطب روتور و استاتور، در موقعیت غیر محوری این قطبها و همچنین در موقعیتهای میانی ارائه شده و مدلهائی برای موتور در هر موقعیت بدست می آید. مدل ارائه شده مشخصات الکترومغناطیسی موتور سوئیچ رلوکتانس را در بر می گیرد. با توجه به تقریبهای که برای منحنی های مغناطیسی در این روش بکار رفته، روش دارای دقت کافی نبوده و فقط در تخمین اندازه تقریبی پارامترهای موتور می تواند بکار رود. جهت بررسی دقیق عملکرد ماشین به مدل سازی کامل که پدیده اشباع را در برگیرد نیاز است.
۲-۸-۲- مدل مدار معادل مغناطیسی جهت آنالیز موتور سوئیچ رلوکتانس ]۲۴-۳۳ [
مدار معادل مغناطیسی از مدلهائی است که به عنوان ابزاری جهت آنالیز سیستمهای الکترومغناطیسی مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. برای حل سیستمهای الکترومغناطیسی ساده مانند ترانسفورماتورها و ماشین های جریان مستقیم، مدل، ساختار ساده ای داشته ولی در ماشین های دیگر، مدار معادل پیچیده بوده و بدون استفاده از کامپیوتر بکارگیری مدل عملاً دشوار است. این روش از دقت لازم در محاسبات مهندسی برخوردار بوده و در مقایسه با روش دقیق اجزاء محدود بسیار ساده تر و زمان اجرای آن نیز بسیار کمتر است. این مدل با در نظر گرفتن اثرات اشباع کلی و محلی در آهن، منحنی های عملکرد ماشین را پیش بینی کرده و یک مدل تحلیلی کامل برای موتور بدست می آورد. در مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته مدل دقیقتری با درنظر گرفتن اثرات اشباع محلی و کلی ارائه می گردد. این روش بدون آنکه مسئله را بسیار پیچیده سازد توانسته جوابهای دقیقتری که با نتایج حاصله از روش دقیق اجزاء محدود قابل قیاس هستند، بدست آورد. در مدار معادل مغناطیسی منبع نیروی محرکه مغناطیسی و رلوکتانس های مربوط به شار پیوندی و رلوکتانس های مربوط به شار نشتی باید در نظر گرفته شوند.
پس در یک موتور سوئیچ رلوکتانس سه نوع رلوکتانس وجود دارد که عبارنتد از:

1. 1. رلوکتانس مربوط به شار نشتی در روتور و استاتور

1. رلوکتانس آهن استاتور و روتور