طراحی و شبیه سازی موتور و ژنراتور الکتریکی در بستر نرم افزار المان محدود

طراحی و شبیه سازی موتور و ژنراتور الکتریکی در بستر نرم افزار المان محدود ، یکی از موضوعات مهمی که در رشته برق/ گرایش ماشینهای الکتریکی (در مقطع فوق لیسانس و دکترا) مطرح است، طراحی و بهینه سازی انواع موتورها و ژنراتورهای الکتریکی است.

طراحی و شبیه سازی موتور و ژنراتور الکتریکی در بستر نرم افزار المان محدود :

برای طراحی و بهینه سازی انواع موتورها و ژنراتورهای الکتریکی است میتوان از محیط نرم افزارهای المان محدود پیشرفت های نظیر انسیس ماکسول، جی مگ، فلاکس و … استفاده کرد. با طراحی مناسب و بهینه، میتوان زمینه ساخت و ساز ماشین الکتریکی موردنظر را به بهترین وجه فراهم کرد.
نرم افزار المان محدود ماکسول یکی از نرم افزارهای پیشرفته و کارآمد در حوزه طراحی ماشین های الکتریکی است، بطوریکه در محیط دو بعدی و سه بعدی آن میتوان انواع ماشینهای الکتریکی مانند القایی، سنکرون، بدون جاروبک جریان مستقیم، مغناطیس دائم، سنکرون رلوکتانسی، سوئیچ رلوکتانسی، سنکرون خودراه انداز و … را طراحی کرده و مورد تحلیل و بررسی قرار داد.
در شکلهای زیر نمونهای از این ماشینهای الکتریکی نشان داده شده که در محیط دوبعدی طراحی و شبیه سازی شده است.

موتور القایی قفسه سنجابی

موتور بدون جاروبک جریان مستقیم BLDC با آهنربای سطحی

موتور سوئیچ رلوکتانسی ۶ / ۸ مرسوم

موتور سنکرون رلوکتانسی چهار حصاره

اما برای یک طراحی مناسب باید یک روند مشخص طی شود تا بتوان به یک طراحی نهایی و بهینه شده دست یافت. روندی که اینجا برای طراحی یک موتور یا ژنراتور الکتریکی صورت میگیرد، به شرح زیر است:

• انجام محاسبات اولیه برای تعیین ابعاد و پارامترهای لازم برای شبیه سازی ماشین الکتریکی بر اساس خروجی موردنیاز و کاربرد موردنظر : اینکار در بستر نرم افزار متلب با توجه به فرمولهای مشخص و مناسب برای ماشین الکتریکی موردنظر صورت میگیرد.
   
• طراحی اولیه ماشین الکتریکی در محیط ” آر ام ایکس” نرمافزار ماکسول با توجه به پارامترهای بدست آمده از مرحله اول و تنظیم نقطه کار با آنالیزهای پارامتری (در صورت موجود نبودن ماشین موردنظر، روند فوق در محیط دو بعدی نرم افزار ماکسول انجام خواهد شد.)

• آنالیزهای استاتیکی و دینامیکی اولیه ماشین الکتریکی موردنظر در محیط دوبعدی:
    — آنالیز استاتیکی :
    در حالت استاتیکی، موتور ساکن است. معمولترین مشخصه هایی که در این حالت مدنظر ماست، گشتاور استاتیکی، اندوکتانس استاتیکی و تغییرات چگالی شار بر  حسب زاویه در نقاطی مانند وسط شکاف هوایی، مرکز قطب و میانه یوخه میباشد.
  
    — آنالیز دینامیکی :
     در حالت دینامیکی ماشین الکتریکی در حوزه زمان کار میکند، به صورتیکه میتوان تحلیل را در حالت گذرا یا ماندگار برای ماشین الکتریکی موردنظر انجام داد. در حالت گذرا میتوان برای تحلیل انواع بارها نظیر بار ثابت، بار خطی، توان ثابت و … را به ماشین موردنظر اعمال کرد.
  با تحلیل موتور در حالت دینامیکی میتوان مشخصاتی نظیر گشتاور دینامیکی، جریان، اندوکتانس، شار، چگالی شار در قسمتهای مختلف مانند یوخه استاتور، قطب استاتور، شکاف هوایی و … را بدست آورد. بعلاوه میتوان محاسباتی نظیر تلفات و بازده ماشین الکتریکی را در محیط موردنظر انجام داد.
  
• بهینه سازی ابعاد ماشین الکتریکی برای بهبود مشخصات آن، نظیر افزایش متوسط گشتاور خروجی، کاهش تلفات، کاهش ریپل گشتاور، بهبود بازده و …

• پیاده سازی ایده ها و طرح های جدید بر روی ماشین الکتریکی موردنظر (طبق متد مقالات و …) و مقایسه آن با طراحی های اولیه

مثال: طراحی یک موتور سوئیچ رلوکانسی ۶ / ۸

ابتدا بر اساس توان خروجی، گشتاور متوسط خروجی لازم و سرعت کاری موتور موردنظر، پارامترهای اساسی موتور از قبیل قطر خارجی روتور، طول پشته موتور، قطر خارجی استاتور و … طبق قاعده میلر بدست آورده میشود. سپس در محیط RMX نرم افزار ماکسول ابعاد مورد نظر وارد شده و با تنظیم یا تغییر جزئی یک یا چند پارامتر، نقطه کار موتور تنظیم میشود.
برای آنالیز دقیق موتور موجود باید از مدل دوبعدی استفاده کرد. این مدل را می توان مستقیماً از مدل RMX بدست آورد. با استفاده از مدل دو بعدی میتوان آنالیز استاتیکی و دینامیکی موتور را انجام داد و مشخصه های موردنظر مثل گشتاور و جریان را بدست آورد. نمایی از موتور ۶ / ۸ در شکل ۱ نمایش داده شده است.

شکل ۱) نمایی نیمه دوبعدی از موتور ۶ / ۸ سوئیچ رلوکتانسی با مش بندی ساختار آن

در شکل ۲ و ۳ زیر، مشخصه های گشتاور و جریان در حالت دینامیکی برای یک موتور ۶ / ۸ با توان خروجی ۴ کیلوولت و سرعت نامی ۱۵۰۰ دور بر دقیقه در محیط دو بعدی نرم افزار المان محدود ماکسول نمایش داده شده است.

شکل ۲) شکل موج گشتاور دینامیکی

شکل ۳) شکل موج جریان

کارشناسان ما آماده هستند تا تمامی پروژه های شما در زمینه طراحی و شبیه سازی موتور و ژنراتور الکتریکی در بستر نرم افزار المان محدود را انجام دهند.برای سفارش پروژه بر روی دکمه زیر کلیک کنید.