پیش‌بینی و ارزیابی رفتار لرزشی موتور سوئیچ رلوکتانس به روش تحلیل مودال

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشگاه شهرکرد،شهرکرد، ایران

2 استاد، دانشگاه شهرکرد،شهرکرد، ایران

3 دانشیار، دانشگاه شهرکرد،شهرکرد، ایران

چکیده

در پژوهش پیش رو، یک روش تحلیلی برای ارزیابی رفتار لرزشی ماشین سوئیچ رلوکتانس ارائه شده است. هندسه ی ماشین، ضریب سختی، آرایش سیم پیچی و شکل موج جریان فازها به‌عنوان ورودی مدل در نظر گرفته شده اند. در گام نخست با استفاده از یک مدل ساده تحلیلی مکانیکی، فرکانس های طبیعی مودهای لرزشی استاتور به دست آمده‌اند. در گام دوم با حل معادلات مشتق جزئی پواسون و لاپلاس حاکم بر ماشین و استفاده از روش زیر دامنه، مؤلفه‌های شعاعی و مماسی چگالی شار فاصله هوایی محاسبه شده و با استفاده از روابط تنش ماکسول، توزیع مکان-زمان موج فشار مغناطیسی اعمال شده به سطح درونی استاتور به‌دست‌آمده است. سپس با استفاده از تبدیل فوریه سریع، طیف فرکانسی فشار مغناطیسی به‌دست‌آمده در هریک از مودهای مکانیکی مشخص شده و فاصله آنها با فرکانس‌های طبیعی محاسبه شده از مدل مکانیکی تعیین می شود. از این معیار به‌عنوان یک نمایه از کارکرد بدون لرزش ماشین استفاده شده است. مدل های الکترومغناطیسی و مکانیکی ارائه شده، توسط روش اجزای محدود تأیید شده‌اند. با استفاده از مدل ارائه شده می‌توان به‌سادگی سرعت  بحرانی که در آن لرزش‌های مکانیکی دچار تشدید می‌شوند را به دست آورد. همچنین با استفاده از مدل ارائه شده چگونگی اثرگذاری بار ماشین در لرزش ایجاد شده بررسی شده است.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Analytical Investigation of Vibration in Switched Reluctance Machines Using Modeal Analysis

نویسندگان [English]

  • omid Naderi Samani 1
  • Samad Taghipour Boroujeni 2
  • Abdoreza Rabiee 3
1 PhD student, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
2 Professor, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
3 Associate Professor, Shahrekord University, Shahrekord, Iran
چکیده [English]

In the presented work, a procedure is proposed for vibration analysis in the switched reluctance machines. The machine geometry, mechanical properties of the used materials, stator winding configuration, and the current waveforms are considered as the model input variables. The mechanical natural frequencies are computed using a simple mechanical model. The stator bore magnetic stress is obtained as a function of time and space by using Maxwell’s stress tensor. The required flux density components are obtained by developing an analytical model based on sub-domain analysis. Applying fast Fourier transformation on the computed magnetic stress function, the spectrums of the mechanical modes are obtained and it is found that how they are far from the obtained natural mechanical frequencies. This index is used as a criterion for electromagnetic vibrations. The mechanical and electromagnetic models are verified by means of finite element analysis. Using the developed model, the critical speed values with mechanical resonance are obtained. In addition, using the developed model the effect of the machine load on the mechanical vibrations is investigated.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Vibration
  • Analytical Modeling-Mechanical
  • Nature Frequency
  • Sub-Domain Analysis
  • Modal Analysis
  • Finite Element Analysis

Smiley face

مراجع

[1]     B. Bilgin and A. Emadi, “Electric motors in electrified transportation: A step toward achieving a sustainable and highly efficient transportation system,” IEEE Power Electron. Mag., vol.1, no.2, pp.10–17, Jun.2014.
[2]     E. Bostanci, et al.: ‘Opportunities and challenges of switched reluctance motor drives for electric propulsion: a comparative study’, IEEE Trans. Transp. Electrif., vol.3, no.1, pp. 58–75, 2017.
[3]     M. Castano, B. Bilgin, E. Fairall, and A. Emadi , “Acoustic Noise Analysis of a High-Speed High-Power Switched Reluctance Machine: Frame Effects,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 31, no. 1, pp. 69-77, March 2016.
[4]     M. Michon, S. D. Calverley, K. Atallah, “Operating strategies of switched reluctance machines for exhaust gas energy recovery systems,” IEEE Trans Ind. Appl., vol. 48, no. 5, pp.1478–1486, 2012.
[5]     G. Li, J. Ojeda, S. Hlioui, E. Hoang, M. Lecrivain and, M. Gabsi, “Modification in rotor pole geometry of mutually coupled switched reluctance machine for torque ripple mitigating,” IEEE Trans. Magn., vol. 48, no. 6, pp. 2025–2034, 2012.
[6]     J. O. Fiedler, K. A. Kasper, and R. W. D. Doncker, “Calculation of the Acoustic Noise Spectrum of SRM Using Modal Superposition,” IEEE Trans Ind. Appl., vol. 57, no. 9, pp. 2939–2945, 2010.
[7]     S. E. Emami, S. Taghipour Boroujeni, N. Takorabet, “Fast prediction of unbalanced magnetic pull in PM machines,” Elec. Eng., vol. 103, pp.2595-2602, 2021
[8]     X. Guo, R. Zhong, M. Zhang, D. Ding, and W. Sun, “Computation of Radial Vibration in Switched Reluctance Motors,” IEEE Trans Ind. Appl., vol. 65, no. 6, pp. 4588–4598, 2018.
[9]     J. Dong, et al. “Hybrid acoustic noise analysis approach of conventional and mutually coupled switched reluctance motors”, IEEE Trans. Energy Convers., vol. 32, no.3, pp. 1042–1051, 2017.
[10]  X. Liang, et al., “Comparative study of classical and mutually coupled switched reluctance motors using multiphysics finite-element modelling”, IEEE Trans. Ind. Electron. Vol. 61, no.9, pp. 5066–5074, 2014
[11]  J. P. Lecointe, et al., “Analysis and active reduction of vibration and acoustic noise in the switched reluctance motor”, IEE Proc., Electr. Power Appl., vol. 151, no. 6, pp. 725–733, 2004
[12]  J. Y. Chai, Y. W. Lin, C. M. Liaw, “Comparative study of switching controls in vibration and acoustic noise reductions for switched reluctance motor”, IEE Proc., Electr. Power Appl., vol. 153, no.3, pp. 348–360, 2006.
[13]  D. Torregrossa, B. Fahimi, F. Peyraut, and A. Miraoui, “Fast computation of electromag
[14]  netic vibrations in electrical machines via field reconstruction method and knowledge of mechanical impulse response,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 59, no.2, pp.839–847, 2012.
[15]  X. Q. Guo, R. Zhong, D. S. Ding, M. S. Zhang, W. J. Shao, and W. F. Sun, “Origin of resonance noise and analysis of randomizing turn on angle Method in switched reluctance motor,” IET Elect. PowerAppl., vol.11, pp.1324–1332, 2017.
[16]  X. Q. Guo, R. Zhong, L. P. Zhao, J. Yin, and W. F. Sun, “Method for radial vibration modelling in switched reluctance motor,” IET Elect. Power Appl.,vol. 10, pp.834–842, 2016.
الکترومغناطیس کاربردی
دوره 12، شماره 1 - شماره پیاپی 28
بهار و تابستان
مرداد 1403
صفحه 13-21

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 09 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری: 31 خرداد 1402
  • تاریخ پذیرش: 08 تیر 1403
  • تاریخ انتشار: 03 مرداد 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار