طراحی تحلیلی چگالی شار مغناطیسی بارداری‌ و شار پیوندی در ماشین الکتریکی شار شعاعی مغناطیس دائم روتور دوگانه با هسته هوایی

علیزاده پهلوانی, محمد رضا; شیرالی, بهروز

طراحی تحلیلی چگالی شار مغناطیسی بارداری‌ و شار پیوندی در ماشین الکتریکی شار شعاعی مغناطیس دائم روتور دوگانه با هسته هوایی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشگاه مالک اشتر

² دانشگاه آزاد اسلامی واحد بروجردمحل کار نیروگاه شهید مدحج اهواز

چکیده

چکیده: در این مقاله چگالی شار مغناطیسی و شار پیوندی ماشین الکتریکی شارشعاعی روتور دوگانه مغناطیس دائم با هسته هوایی بهصورت تحلیلی با استفاده از تحلیل ناحیهای ارائه شده است. ابتدا روابط تحلیلی مؤلفههای چگالی شار مغناطیسی بارداری و شار پیوندی این ماشین بهکمک معادلات پواسن ارائه و سپس این روابط با نتایج عددی المان محدود در نرمافزار ماکسول اعتبارسنجی شدهاند. این مقایسه نشان میدهد که اختلاف چگالی شار مغناطیسی و شار پیوندی روابط تحلیلی با چگالی شار مغناطیسی و شار پیوندی بدست آمده از نتایج المان محدود کمتر از 3% است. همچنین نشان داده میشود که در این نوع ماشین هارمونیکهای زوج ظاهر میشوند، لذا مؤلفه شعاعی چگالی شار مغناطیسی تقارن فرد نیمدور نداشته و عدم توجه به این موضوع در طراحی ماشین میتواند موجب اشباع مغناطیسی یوغ درونی یا بیرونی شود. در این مقاله برای محاسبه شار پیوندی ناشی از عکسالعمل آرمیچر از تمام مؤلفههای توزیع چگالی هادی سیمپیچی و همچنین در محاسبه شار پیوندی از تمام مؤلفههای شعاعی چگالی شار مغناطیسی استفاده شده است. در مراجع مرتبط این تحقیق فقط اولین مؤلفه شعاعی چگالی شار مغناطیسی و دومین مؤلفه توزیع چگالی هادی سیمپیچی استفاده شده و از سایر مؤلفهها چشمپوشی شده است. نشان داده میشود که این موضوع در مقایسه با مراجع مرتبط سبب افزایش 21% در شار پیوندی یا اندوکتانس ماشین شارشعاعی روتور دوگانه مغناطیس دائم شده که این عدد در مطالعه اشباع مغناطیسی یوغها قابل توجه است. شایان ذکر است که مطالعه مقایسهای نتایج، فقط تا هارمونیک هفدهم بوده و احتساب هارمونیکهای بالاتر میتواند انطباق بهتری را با نتایج المان محدود بههمراه داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.26455153.1394.3.2.4.1

عنوان مقاله [English]

Analytical Design of On load Magnetic Flux Density and Flux-linkage in Radial Flux Air-cored Permanent Magnet Electrical Machine with a Double-sided Rotor

چکیده [English]

- This Articlea radial magnetic flux density and flux-linkage of the redial flux Air-Cored permanent magnet electrical machine (RFAMP) with double-sided rotor can be calculated analytically using the subdomain analysis is provided. First, Analytical relationships of on load magnetic flux density and flux-linkage of this machine are presented with of poisson equations and, then, these relationships are validated by finite element numerical results in Maxwell 16.02 software. Comparison show that difference between fundamental component of radial magnetic flux density and flux-linkage of analytical relations and that of finite element results is less than 3%. Also, It is shown that in this machine type appeared even harmonics, the radial component of the magnetic flux density is not symmetrical, unit half cycle and Lack of attention to this subject in design of the machine can cause be inner or outer yoke magnetic saturation. In this article to calculate the flux linkage resulting from of the armature reaction all the components of winding conductor density distribution as well as in the calculation the flux linkage all radial components of the magnetic flux density is used. The relevant authorities of this research is only the first radial component of the magnetic flux density and the second component winding conductor used And the other component is ignored. It is shown that this topic compared with the relevant authorities 21% increase in flux linkage or inductance RFAPM machine that the number are significant in the study of magnetic saturation yokes. Worth noting that the study of the comparative results, only up to 17^th harmonics and taking into account the higher harmonics can adapt better to have the finite element results

کلیدواژه‌ها [English]

Finite Element
Conductor density
Current density

مراجع

[1] B. Shirali, “Analysis of a Radial Flux Air-cored Permanent Magnet Electrical Machine with a Double-sided Rotor and Non overlapping Windings,” Master of science, Department of Electrical Engineering and Computer Engineering, Islamic Azad University, Unit Boroujerd, Iran, 2016.##

[2] R. J. Wang, M. J. Kamper, K. D. Westhuizen, and J. F. Gieras, “Optimal design of a coreless stator axial flux permanent-magnet generator. Magnetics, IEEE Transactions on, vol. 41, no. 1, pp. 55–64, 2005. ISSN 0018-9464.##

[3] J. A. Stegmann and M. J. Kamper, “Design Aspects of Double-Sided Rotor Radial Flux Air-Cored Permanent-MagnetWind Generator,” IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 47, no. 2, pp. 767–778, March 2011.##

[4] D. E. Hesmondhalgh and D. Tipping, “Slotless construction for small synchronous motorsusing samarium cobalt magnets, Electric Power Applications, IEE Proceedings B, vol. 129, no. 5, pp. 251–261, 1982.##

[5] Z. Q. Zhuand and D. Howe, “|Instantaneous magnetic field distribution in brushless permanent magnet {DC} motors, Part {II}:Armature-reaction field Magnetics, IEEE Transactionson, vol. 29, no. 1, pp. 136–142, 1993.##

[6] Z. Q. Zhu, D. Howeand, and C. C. Chan, “Improved analytical model for predicting the magneticfield distribution in brushlesspermanentmagnet machines Magnetics,” IEEE Transactionson, vol. 38, no. 1, pp. 229–238, 2002.##

[7] M. J. Kamper, R. J. Wang, and F. G. Rossouw, “Analysis and Performance of Axial Flux Permanent-Magnet Machine With Air-Cored Non-overlapping Concentrated Stator Windings,” Industry Applications, IEEE Transactions on, vol. 44, no. 5, pp. 1495–1504, 2008. ISSN 0093-9994.##

[8] K. Atallah, Z. Q. Zhu, and D. Howe, “Armature reaction field and winding inductances ofslotless permanent-magnet brushless machines. Magnetics,” IEEE Transactions on, vol. 34, no. 5, pp. 3737–3744, 1998. ISSN0018-9464.##

[9] P. J. Randewijk and M. J. Kamper, “Analytical Analysis of a Radial Flux Air-Cored Permanent Magnet Machines with a Double Sided Rotor and non-overlapping,” Double Layer Windings In: Electrical Machines (ICEM), 2012.##

[10] P. S. Bimbhra, “Electrical Machinery {Two Volume} Translater,” J. Soltani., H. Lesani., Qaem Publications Institution, 2011.##

[11] J. F. Gieras, R. J. Wang, and M. J. Kamper, “Axial Flux Permanent Magnet Brushless Machines,” Translater, M. R. Alizadeh Pahlavani, J. Aghai. Islamic Azad University, Unit Boroujerd, Iran, 2013.##

[12] V. Zamani Faradonbeh and M. R. Alizadeh Pahlavani, “Optimal Pole-Shaping in Surface-Mounted PM Machines using Analytical Modeling: Cogging Torque and Flux Density Harmonics,” Jornal of Applied Electromagnetics, vol. 2, no. 4, 2015.##

[13] D. K. Cheng, “Field and wave electromagnetics,” Addison-Wesley Reading, Mass, 1989.##

[14] P. J. Randewijk, “Analysis of Radial Flux Air-Cored Permanent Magnet Machines with a Double sided Rotor and non-overlapping Windin.,” Dissertation presented for the deg., Doc. of phil., 2012.##