الکترومغناطیس کاربردی

الکترومغناطیس کاربردی

بررسی تاثیر ساختارهای مختلف سدشار بر عملکرد موتور سنکرون رلوکتانسی تقویت شده با آهنربای دائم

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشجوی دکتری ، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
2 دانشیار ، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل، ایران
3 دانشیار، دانشگاه صنعتی قم، قم، ایران
چکیده
موتور های سنکرون رلوکتاسی به دلیل ساختار ساده و محکم روتور به طور گسترده در کاربردهای مختلفی استفاده می شوند. وجود برخی ضعف ها در این موتورها نظیر اعوجاج گشتاور بالا و ضریب توان پایین باعث می‌شود که این ماشین از اهمیت کمتری در برخی کاربردها برخوردار باشد. این ضعف ها را می‌توان با قرار دادن آهن ربا در ساختار روتور تا حدودی جبران کرد‌، اما قرار دادن آهن ربا به خودی خود نیز می تواند باعث شود که اعوجاج گشتاور افزایش یابد، بنابراین طراحی یک ساختار مناسب برای ساختار سدشارها تا حدود زیادی می‌تواند اعوجاج گشتاور را کاهش دهد. در این مقاله تاثیر ساختار های مختلفی از سدشارها نظیر شکل سدشارها و زاویه آن‌ها روی عملکرد موتور سنکرون رلوکتانسی تقویت شده با آهن‌ربا مورد مطالعه قرار می‌گیرد. به این منظور یک موتور سنکرون رلوکتانسی 4 قطب 1.5 کیلووات در نظر گرفته می‌شود و و با ثابت نگه داشتن نسبت ضخامت سدشار ها به حامل شارها آهن‌ربای فریت در روتور آن قرار داده می‌شود و عملکرد هر ساختار به طور جداگانه مورد بررسی قرار می‌گیرد. شبیه سازی عملکرد با روش تحلیلی و اجزا محدود انجام می‌شود و نتایج با هم مقایسه می‌شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analysis of the Effect of Different Flux Barrier Configuration on the Performance of the PM-assisted Synchronous Reluctance Motor

نویسندگان English

Amirhossein Amiri 1
Seyed Ehsan Abdollahi 2
Saeed Hasanzadeh 3
1 PhD student, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
2 Associate Professor, Babol Noshirvani University of Technology, Babol, Iran
3 Associate Professor, Qom University of Technology, Qom, Iran
چکیده English

Due to the simplicity and robustness of the rotor of the synchronous reluctance machines, they are widely used in many different kinds of applications. Some drawbacks like high torque ripple and low power factor make these machines less favorable. Insertion of magnet to some extend can compensate these drawbacks, but the magnet itself can cause the torque ripple to increase so designing an appropriate structure for the flux barrier can greatly enhance the torque ripple. In this paper the effect of different barrier configurations such as barrier shapes and their angles on the performance of a PM-assisted synchronous reluctance machine are evaluated. A 4-pole 1.5kw synchronous reluctance machine is considered and the ferrite magnets are inserted in the rotor barriers while keeping the insulation ratio constant and the performance of each structure is studied. Simulations are done in FEM 2D and the results are evaluated.

کلیدواژه‌ها English

PM assisted SynRM
Ferrite PM
Flux Barrier
Flux Carrier

Smiley face

 

[1]   N. Bianchi, E. Fornasiero, and W. Soong, “Selection of PM flux linkage for maximum low-speed torque rating in a PM-assisted synchronous reluctance machine,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 51, no. 5, pp. 3600–3608, 2015, doi: 10.1109/TIA.2015.2416236.
[2]   A. H. Amiri, S. E. Abdollahi, and S. Hasanzadeh, “Performance Comparison of Different Methods of Torque Ripple Reduction for Permanent Magnet-assisted Synchronous Reluctance Motor,” in 2023 3rd International Conference on Electrical Machines and Drives (ICEMD), IEEE, 2023, pp. 1–5. doi: 10.1109/ICEMD60816.2023.10429257.
[3]   P. Lazari, J. Wang, and B. Sen, “3-D effects of rotor step-skews in permanent magnet-assisted synchronous reluctance machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 51, no. 11, pp. 1–4, 2015, doi: 10.1109/TMAG.2015.2446511.
[4]   C. Gallardo, C. Madariaga, J. A. Tapia, and M. Degano, “A Method to Determine the Torque Ripple Harmonic Reduction in Skewed Synchronous Reluctance Machines,” Appl. Sci., vol. 13, no. 5, p. 2949, 2023, doi: 10.3390/app13052949.
[5]   R. Tsunata and M. Takemoto, “Skewing Technology for Permanent Magnet Synchronous Motors: A Comprehensive Review and Recent Trends,” IEEE Open J. Ind. Electron. Soc., 2024, doi: 10.1109/OJIES.2024.3491295.
[6]   X. Ma, G. Li, Z. Zhu, G. W. Jewell, and J. Green, “Investigation on synchronous reluctance machines with different rotor topologies and winding configurations,” IET Electr. Power Appl., vol. 12, no. 1, pp. 45–53, 2018, doi: 10.1049/iet-epa.2017.0199.
[7]   M. A. Kabir and I. Husain, “Application of a multilayer AC winding to design synchronous reluctance motors,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 54, no. 6, pp. 5941–5953, 2018, doi: 10.1109/TIA.2018.2859033.
[8]   B. Lehner and D. Gerling, “Design and comparison of concentrated and distributed winding synchronous reluctance machines,” in 2016 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE, 2016, pp. 1–8. doi: 10.1109/ECCE.2016.7855004.
[9]   H. Heidari et al., “A review of synchronous reluctance motor-drive advancements,” Sustainability, vol. 13, no. 2, p. 729, 2021, doi: 10.3390/su13020729.
[10] R. Thike and P. Pillay, “Automated current control method for flux-linkage measurement of synchronous reluctance machines,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 56, no. 2, pp. 1464–1474, 2020, doi: 10.1109/TIA.2020.2967689.
[11] S. M. Taghavi Araghi, A. Kiyoumarsi, and B. Mirzaeian Dehkordi, “Design, analysis and prototyping of a PM‐assisted synchronous reluctance machine equipped with new‐type of fractional‐slot winding,” IET Electr. Power Appl., vol. 19, no. 1, p. e70002, 2025, doi: 10.1049/elp2.70002.
[12] T. Wolnik, V. Styskala, and T. Mlcak, “Study on the selection of the number of magnetic poles and the slot-pole combinations in fractional slot PMSM motor with a high power density,” Energies, vol. 15, no. 1, p. 215, 2021, doi: 10.3390/en15010215.
[13] Z. Gmyrek, “The Impact of the Core Laminate Shaping Process on the Parameters and Characteristics of the Synchronous Reluctance Motor with Flux Barriers in the Rotor,” Energies, vol. 18, no. 5, p. 1222, 2025, doi: 10.3390/en18051222.
[14] M. Katona and T. Orosz, “Circular Economy Aspects of Permanent Magnet Synchronous Reluctance Machine Design for Electric Vehicle Applications: A Review,” Energies, vol. 17, no. 6, p. 1408, 2024, doi: https://doi.org/10.3390/en17061408.
[15] J. Liang, Y. Dong, H. Sun, R. Liu, and G. Zhu, “Flux-barrier design and torque performance analysis of synchronous reluctance motor with low torque ripple,” Appl. Sci., vol. 12, no. 8, p. 3958, 2022, doi: 10.3390/app12083958.
[16] O. Korman, M. Di Nardo, M. Degano, and C. Gerada, “A novel flux barrier parametrization for synchronous reluctance machines,” IEEE Trans. Energy Convers., vol. 37, no. 1, pp. 675–684, 2021, doi: 10.1109/TEC.2021.3099628.
[17] Y. Xiao, Z.-Q. Zhu, J.-T. Chen, D. Wu, and L.-M. Gong, “A novel asymmetric rotor interior PM machine with hybrid-layer PMs,” in 2020 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), IEEE, 2020, pp. 4029–4035. doi: 10.1109/ECCE44975.2020.9236015.
[18] Y. Xie, J. Shao, S. He, B. Ye, F. Yang, and L. Wang, “Novel PM-Assisted Synchronous Reluctance Machines Using Asymmetrical Rotor Configuration,” Ieee Access, vol. 10, pp. 79564–79573, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3195047.
[19] R. Rouhani, S. E. Abdollahi, and S. A. Gholamian, “Design of a high speed interior claw synchronous reluctance machine,” Int. Trans. Electr. Energy Syst., vol. 31, no. 12, p. e13200, 2021, doi: 10.1002/2050-7038.13200.
[20] R. Rouhani, S. E. Abdollahi, and S. A. Gholamian, “A Simple Analytical Method for Rotor Design of Synchronous Reluctance Machines,” in 2022 13th Power Electronics, Drive Systems, and Technologies Conference (PEDSTC), IEEE, 2022, pp. 420–425. doi: 10.1109/PEDSTC53976.2022.9767279.
[21] S. A. G. R. Rouhani, S. Ehsan Abdollahi, “Presentation of a Generalized Method for Rotor Design of Synchronous Reluctance Machine,” J. Appl. Electromagn., vol. Vol. 7, 2019, doi: 20.1001.1.26455153.1398.7.1.5.8.
دوره 13، شماره 2 - شماره پیاپی 31
پاییز و زمستان
اسفند 1404
صفحه 17-26

  • تاریخ دریافت 31 مرداد 1404
  • تاریخ بازنگری 02 آبان 1404
  • تاریخ پذیرش 19 آبان 1404
  • تاریخ انتشار 29 آبان 1404