محاسبه ولتاژ ضدمحرکه در موتورهای سنکرون مغناطیس دائم بدون جاروبک با استفاده از معادلات ماکسول

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه صنعتی مالک اشتر

چکیده

در این مقاله یک روش تحلیلی برای محاسبه ولتاژ ضدمحرکه در موتور سنکرون مغناطیس دائم بدون جاروبک (BLDC) ارائه شده است. روش تحلیلی با استفاده از معادلات ماکسول و حل معادله لاپلاس در نواحی مختلف موتور انجام شده است. معادله لاپلاس در دستگاه مختصات دکارتی با استفاده از سری های فوریه و روش جداسازی متغیرها حل شده تا پتانسیل مغناطیسی اسکالر به دست آید، سپس با استفاده از پتانسیل مغناطیسی اسکالر، چگالی شار مغناطیسی محاسبه شده است. چگالی شار مغناطیسی متوسط برای بدست آوردن ولتاژ ضدمحرکه معرفی شده است. اثر شارهای نشتی در شعاع داخلی و شعاع خارجی با استفاده از نسبت پرمانس ها در نظر گرفته شده است. با استفاده از روش تحلیلی پیشنهادی، هارمونیک های مختلف ولتاژ ضدمحرکه برای یک نمونه موتور BLDC محاسبه و ارائه شده است. روش تحلیلی ارائه شده، دارای زمان محاسباتی بسیار کمتری نسبت به نرم افزارهای المان محدود می‌باشد که استفاده از آن را برای مقاصد طراحی و بهینه-سازی ماشین‌های الکتریکی بسیار سودمند می‌سازد. صحت روش تحلیلی ارائه شده با استفاده از نرم‌افزار المان محدود سه بعدی تأیید شده است.

کلیدواژه‌ها


[1]      P. Pillay and R. Krishnan, "Modeling, simulation, and analysis of permanent-magnet motor drives. I. The permanent-magnet synchronous motor drive," IEEE Transactions on industry applications, vol. 25, pp. 265-273, 1989.##
[2]      A. Rubaai, A. Ofoli, and M. Castro, "dSPACE DSP-based rapid prototyping of fuzzy PID controls for high performance brushless servo drives," in Conference Record of the 2006 IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting, 2006, pp. 1360-1364.##
[3]      F. Giulii Capponi, G. De Donato, and F. Caricchi, "Recent Advances in Axial-Flux Permanent-Magnet Machine Technology," IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRY APPLICATIONS IA, vol. 48, pp. 2190-2205, 2012.##
[4]      M. Aydin, S. Huang, and T. Lipo, "Axial flux permanent magnet disc machines: a review," Wisconsin Electric Machines & Power Electronics Consortium, University of Wisconsin-Madison, Madison, WI, pp. 53706-1691, 2004.##
[5]      M. Aydin, S. Huang, and T. A. Lipo, "Torque quality and comparison of internal and external rotor axial flux surface-magnet disc machines," IEEE transactions on industrial electronics, vol. 53, pp. 822-830, 2006.##
[6]      D. C. Hanselman, "Minimum torque ripple, maximum efficiency excitation of brushless permanent magnet motors," IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 41, pp. 292-300, 1994.##
[7]      Z. Zhu, D. Howe, E. Bolte, and B. Ackermann, "Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet DC motors. I. Open-circuit field," IEEE transactions on magnetics, vol. 29, pp. 124-135, 1993.##
[8]      Z. Zhu and D. Howe, "Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet DC motors. II. Armature-reaction field," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 29, pp. 136-142, 1993.##
[9]      Z. Zhu, D. Howe, and C. Chan, "Improved analytical model for predicting the magnetic field distribution in brushless permanent-magnet machines," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 38, pp. 229-238, 2002.##
[10]   E. Furlani, "Computing the field in permanent-magnet axial-field motors," IEEE transactions on magnetics, vol. 30, pp. 3660-3663, 1994.##
[11]   Y. Zhang, S. Ho, H.-c. C. Wong, and G. Xie, "Analytical prediction of armature-reaction field in disc-type permanent magnet generators," IEEE transactions on energy conversion, vol. 14, pp. 1385-1390, 1999.##
[12]   J. Bumby, R. Martin, M. Mueller, E. Spooner, N. Brown, and B. Chalmers, "Electromagnetic design of axial-flux permanent magnet machines," IEE Proceedings-Electric Power Applications, vol. 151, pp. 151-160, 2004.##
[13]   J. Azzouzi, G. Barakat, and B. Dakyo, "Quasi-3-D analytical modeling of the magnetic field of an axial flux permanent-magnet synchronous machine," IEEE Transactions on Energy Conversion, vol. 20, pp. 746-752, 2005.##
[14]   O. De la Barriere, S. Hlioui, H. B. Ahmed, M. Gabsi, and M. LoBue, "3-D formal resolution of Maxwell equations for the computation of the no-load flux in an axial flux permanent-magnet synchronous machine," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 48, pp. 128-136, 2012.##
[15]   P. Kumar and P. Bauer, "Improved analytical model of a permanent-magnet brushless DC motor," IEEE Transactions on Magnetics, vol. 44, pp. 2299-2309, 2008.##
[16]   H.-D. Chai, "Permeance model and reluctance force between toothed structures," ibd, vol. 141, 1974.##
[17]   D. C. Hanselman, Brushless permanent magnet motor design: The Writers' Collective, 2003.##