بررسی نویز در ماشین

Image processed by CodeCarvings Piczard ### FREE Community Edition ### on 2015-04-27 19:22:05Z | http://piczard.com | http://codecarvings.com

بررسی نویز در ماشین‌های الکتریکی

‫مقدمه

‫در عصر حاضر، موتورهای الکتریکی محبوب ترین ابزار بشر بوده و جزء لاینفک زندگی ما را تشکیل می دهند. کاربرد این ‫ماشین ها به قدری زیاد است که می توان گفت بیش از 65% انرژی الکتریکی تولید شده در کشورهای توسعه یافته به مصرف ‫موتورهای الکتریکی می رسد ]1[ و البته بیش ترین بار الکتریکی تجهیزات کارخانجات صنعتی را به خود اختصاص داده اند.

اما نویز ‫صوتی تولید شده توسط این نوع ماشین ها، همیشه آزار دهنده بوده و سلامت روان و جسم انسان را به خطر انداخته است. در حال ‫حاضر، کاهش نویز صوتی این ماشین ها یکی از دغدغه های مهم تولید کنندگان تجهیزات الکتریکی خانگی و صنعتی است. ‫به طور کلی نویز صوتی اثر یک سطح مرتعش است و هر سیستم جهت تولید ارتعاش بایستی دارای جرم و قابلیت الاستیسیته ‫باشد. صوت، ارتعاش انتقال یافته از طریق یک محیط مانند: مایع،گاز یا هر نوع سازه با قابلیت الاستیسیته است.

بنابراین نویز صوتی و ‫ارتعاش دو پدیده به هم پیوند یافته در ماشین های الکتریکی بوده و منابع هر دو، یکی می باشد. اگر ارتعاش با یک سرعت ثابت صورت ‫گیرد، تولید تک فرکانس می کند و اگر متغیر باشد فرکانس های مختلف تولید خواهند شد.

شاید بتوان گفت نویز انتشار یافته توسط یک موتور الکتریکی بیش تر مربوط به واکنش های متقابل بین نیروهای ‫الکترومغناطیسی و قاب استاتور بوده و ویژگی های ارتعاشی یک موتور غالباً مربوط به ریپل گشتاور و موارد مربوط به آن است]2[ .

برخی از ویژگیهای کلیدی موتور سنکرون مغناطیس دائم  PMSM نسبت به موتورهای القایی از جمله: عملکرد بالا، پرقدرت بودن، سازگار با هر محیط، قابلیت کار و کنترل در سرعتهای بالا و نویز صوتی کمتر، موجب افزایش چشمگیر این ماشینها در سالهای اخیر شده است [3] .به طور کلی موتورهای سنکرون مغناطیس دائم نویز صوتی کمتری را نسبت به سایر موتورها در کاربرد مشابه تولید میکنند .

با این حال در کاربردهای خاص نظیر صنعت خودرو، رباتیک و زیردریاییهای نظامی نیاز است تا این میزان نویز صوتی تا حد ممکن کاهش یابد ] 3,4 .[ نویز صوتی اثر یک سطح مرتعش است و هر سیستم جهت تولید ارتعاش بایستی دارای جرم و قابلیت الاستیسیته باشد  .بنابراین نویز صوتی و ارتعاش دو پدیده به هم پیوند یافته در ماشینهای الکتریکی بوده و منابع هر دو، یکی میباشد] .[6اگرچه اتصالات نا صحیح و فونداسیون نامناسب در تولید ارتعاش و نویز صوتی دخیل هستند؛

 با این حال ویژگیهای ارتعاشی یک موتور بیشتر ‫مربوط به ریپل گشتاور و موارد مرتبط با آن است [5]. به ‫همین دلیل کاهش ریپل گشتاور از اهمیت بسزایی برخوردار ‫است . ریپل گشتاور را میتوان توسط هر دو تکنیکهای ‫طراحی مناسب موتور و درایو کاهش داد [7].

یک نمونه از موتورهای PM و تکنولوژی بیرینگ  مغناطیسی فعال استفاده شده

منابع نویز صوتی در PMSM
منابع نویز صوتی در ماشینهای الکتریکی را میتوان ‫به سه دسته آیرودینامیکی، مکانیکی و الکترومغناطیسی ‫تقسیم بندی نمود [8,9]؛ البته برخی از پژوهشگران منبع ‫الکترونیکی را نیز به این منابع اضافه نموده اند و به صورت مجزا ‫مورد تحلیل و بررسی قرار داده اند [8 و 9].

منابع ارتعاش و نویز صوتی در PMSMرا میتوان در فلوچارتی مانند شکل زیر نمایش داد:

 اما از آنجا که ‫واکنشهای این منبع موجب آثار الکترومغناطیسی میگردد، ‫میتوان آن را جدا از منبع الکترومغناطیسی ندانست. منبع ‫الکترومغناطیسی منبعی است که در توان اسمی پایین تا ‫متوسط نامی ماشینها بر مابقی چیره میگردد [10].

در منابعی دیگر به این صورت است:

حال در کاربردهای خاص نیاز است تا این میزان نویز صوتی تا حد ممکن کاهش یابد. ‫گشتاور کاگینگ، ریپل گشتاور و نیروهای شعاعی مغناطیسی ‫از منابع اصلی الکترومغناطیسی محسوب میشوند ]5 [. مطابق تحقیقات و آزمایشهای چندین پژوهشگر، ‫اثبات گردید که کاهش گشتاور کاگینگ و ریپل گشتاور به طور ‫قابل توجهی قادر به کاهش ارتعاش و نویز صوتی است [12] و به منظور کاهش ارتعاشات مکانیکی نیز مطالعات ‫متعددی به طور جزئی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است . در موتورهای سنکرون ‪ PMتوان بالا، منبع ‫مکانیکی بر دو منبع آیرودینامیکی و الکترومغناطیسی غلبه ‫میکند [13].

پژوهشهای اخیر حاکی از افزایش و توسعه کنترلرمبتنی بر موجک در رویکردهای کاهش نوین نویز صوتی         PMSMاست.
با این حال مشاهده میگردد که استفاده از تبدیل موجک در درایوهای صنعتی هنوز جایگاه چندانی ندارد. دلیل آن را میتوان پیچیدگی بسیار زیاد کنترلر، هزینه نسبتاً بالای پیادهسازی عملی و ریاضیات سنگین کتابهای تبدیل موجک دانست. به طور کلی میتوان گفت در اکثر طراحیهای مبتنی بر کاهش ارتعاش و نویز، هدف دوری از فرکانسهای تشدید ماشین است [ 14].

واضح است که نویز صوتی توسط منابع مکانیکی و آیرودینامیکی اساساً مرتبط با ساختار مکانیکی PMSM میباشد .
در موتورهای سنکرون PMتوان بالا، منبع مکانیکی بر دو منبع دیگر غالب است. از لحاظ سرعت، در سرعتهای بالا، منابع مکانیکی و آیرودینامیکی بر الکترومغناطیسی چیره میگردد و در سرعتهای پایین تا متوسط (کمتر از 1500دور بر دقیقه) منبع الکترومغناطیسی
غالب است  .شکل زیر تأثیر هر کدام از این منابع را در سرعتهای مختلف به طور تخمینی نشان میدهد.

1.1 منابع الکترومغناطیسی

منشأ منبع الکترومغناطیسی را میتوان به دلیل هارمونیکهای فضایی و زمانی بالا، شیارزنی، عدم تعادل فاز، اشباع مغناطیسی، عدم مرکزیت فاصله هوایی و افزایش نیروهای مگنتواسترکتیو در ورقه های هسته دانست. مطابق مراجع ، نیروهای الکترومغناطیسی دخیل در تولید ارتعاشات ماشین، به سه دسته کلی قابل تقسیم اند:


-1نیروهایی که روی سطح دندانه های استاتور عمل میکنند:

 این نیروها میتوانند موجب تولید ارتعاشات مماسی و شعاعی بزرگی در ماشین شوند.
-2نیروهای اثرگذار بر سیم پیچهای استاتور حامل جریان:

این نیروها موسوم به نیروهای لاپلاس بوده و تولیدکننده ارتعاش در سیم پیچها هستند. در صورت افزایش بیش از حد این نیروها شاهد بروز شکست عایقی، اتصال کوتاه و آسیب دیدگی ورقه های استاتور خواهیم بود.
-3نیروهای مگنتواسترکتیو:

 اگر استاتور موتورها تحت اشباع شدید در معرض تغییرات سریع میدان مغناطیسی قرارگیرد، نیروهای مگنتواسترکتیو بزرگی به وجود خواهند آمد که در ماشین منجر به ارتعاش میگردد.
علم بر این که در چه فرکانسهایی مؤلفه های مختلف نیروهای شعاعی تولید میگردند، بسیار مهم است. اگر یکی از این فرکانسها با فرکانس طبیعی ماشین برابر و یا نزدیک آن شود، تشدید رخ داده و ارتعاش و نویز افزایش خواهد یافت.

‫ شکل زیر مکانیزم تولید ارتعاش و نویز صوتی ناشی ‫از منابع الکترومغناطیسی در ماشینهای الکتریکی را نشان ‫میدهد ]11[.

‫ ﺑﻪ ﻃﻮر ﮔﺴﺘﺮده ﻟﺮزش ﻫﺎي ‫ﻧﺎﺷﯽ از ﻧﯿﺮوي ﺷﻌﺎﻋﯽ وارد ﺷﻮﻧﺪه ﺑﺮ اﺳﺘﺎﺗﻮر در ﻣﻮﺗﻮر ( ﻧﺎﺷﯽ از ﺗﺤﺮﯾﮏ ﻣﻮﺗﻮر ) عامل ایجاد نویز است. ﻧﻮع ﺗﺤﺮﯾﮏ ﻣﻮﺗﻮر ﺑﺮ ﻧﯿﺮوي ‫ﺷﻌﺎﻋﯽ وارد ﺷﻮﻧﺪه ﺑﺮ اﺳﺘﺎﺗﻮر ﺗﺎﺛﯿﺮ ﻣﺴﺘﻘﯿﻢ دارد.  در راستای کاهش نویز  ﺑﺎید ‫ ‫ﻟﺮزش را کاهش داد.

تاثیرنیروی  ﺷﻌﺎﻋﯽ ﺑﺮ ﻟﺮزش ﻫﺎي ﻣﻮﺗﻮر

برای فهم بهتر موضوع ابتدا یک موتور ﺳﻮﺋﯿﭻ ‫رﻟﻮﮐﺘﺎﻧﺲ را در نظر بگیرید.  ‫در ﻧﺘﯿﺠﻪي ﺗﺤﺮﯾﮏ دو ﻗﻄﺐ اﺳﺘﺎﺗﻮر، ﻋﻼوه ﺑﺮ ﮔﺸﺘﺎور وارده ‫ﺑﺮ روﺗﻮر، ﯾﮏ ﺟﺎذﺑﻪ ﻗﻮي ﺑﯿﻦ ﻗﻄﺐﻫﺎي اﺳﺘﺎﺗﻮر و روﺗﻮر ﺷﮑﻞ ‫ﻣﯽﮔﯿﺮد و ﻧﯿﺮوﯾﯽ ﺷﻌﺎﻋﯽ ﺑﻪ ﻃﺮف ﻣﺮﮐﺰ، ﺑﻪ دو ﻗﻄﺐ ﺗﺤﺮﯾﮏ ‫ﺷﺪه اﺳﺘﺎﺗﻮر وارد ﻣﯽﺷﻮد. اﺳﺘﺎﺗﻮر در زﻣﺎن اﻓﺰاﯾﺶ ﻧﯿﺮوي ﺷﻌﺎﻋﯽ ‫ﯾﮏ ﺣﺎﻟﺖ ﺑﯿﻀﯽ ﻣﺎﻧﻨﺪ ﺑﻪ ﺧﻮد ﻣﯽﮔﯿﺮد ﮐﻪ اﯾﻦ ﺗﻐﯿﯿﺮ ﺷﮑﻞ ‫اﺳﺘﺎﺗﻮر در ﻟﺤﻈﻪي ﺧﺎﻣﻮﺷﯽ ﺳﻮﺋﯿﭻ ﻓﺎز، ﺑﻪ ﺑﯿﺸﺘﺮﯾﻦ ﺣﺪ ﺧﻮد ‫ﻣﯽرﺳﺪ. در اﯾﻦ ﻟﺤﻈﻪ وﻟﺘﺎژ ﻣﺜﺒﺖ ﮐﻪ ﺑﻪ ﺳﯿﻢ ﭘﯿﭻ ﻗﻄﺐ ﺗﺤﺮﯾﮏ ‫ﺷﺪه اﺳﺘﺎﺗﻮر وﺻﻞ ﺑﻮد، ﺑﻄﻮر ﻧﺎﮔﻬﺎﻧﯽ ﻗﻄﻊ ﻣﯽ ﺷﻮد. ﺑﺎ ﻗﻄﻊ آﻧﯽ ‫ﺗﺤﺮﯾﮏ، ﻧﯿﺮوي ﺷﻌﺎﻋﯽ وارد ﺷﺪه ﺑﺮ اﺳﺘﺎﺗﻮر ﻗﻄﻊ ﻣﯽﺷﻮد. ﺑﻪ ‫دﻟﯿﻞ رﻫﺎ ﺷﺪن ﻧﺎﮔﻬﺎﻧﯽ ﻗﻄﺐ ﻫﺎي اﺳﺘﺎﺗﻮر از ﻧﯿﺮوي ﮐﺸﺶ ﻗﺒﻠﯽ، ‫ﻧﺎﮔﻬﺎن ﻟﺮزﺷﯽ در اﯾﻦ ﻗﻄﺐ ﻫﺎ ﺑﻮﺟﻮد ﻣﯽآﯾﺪ ﮐﻪ ﺑﻪ ﺑﺪﻧﻪ اﺳﺘﺎﺗﻮر ‫و از آﻧﺠﺎ ﺑﻪ ﻣﺤﯿﻂ ﻣﻨﺘﻘﻞ ﻣﯽ ﺷﻮد. ﻫﻤﯿﻦ ﻋﺎﻣﻞ، ﻋﻠﺖ اﺻﻠﯽ ‫ﻟﺮزش و ﻧﻮﯾﺰ ﺻﻮﺗﯽ در ﻣﻮﺗﻮر ﺳﻮﺋﯿﭻ رﻟﻮﮐﺘﺎﻧﺲ اﺳﺖ. ‫داﻣﻨﻪي ﻧﻮﯾﺰ ﺻﻮﺗﯽ و ﻟﺮزش ﺑﻄﻮر ﻣﻌﮑﻮس ﺑﺎ ﺷﯿﺐ ﮐﺎﻫﺶ ‫ﻧﯿﺮوي ﺷﻌﺎﻋﯽ در ارﺗﺒﺎط اﺳﺖ. ﻫﺮ ﭼﻪ ﻧﯿﺮوي ﺷﻌﺎﻋﯽ ﺳﺮﯾﻌﺘﺮ ‫ﮐﺎﻫﺶ ﯾﺎﺑﺪ ، ﻧﻮﯾﺰ ﺻﻮﺗﯽ و ﻟﺮزش ﺷﺪﯾﺪﺗﺮ ﺧﻮاﻫﺪ ﺑﻮد .  ‫

گشتاور کاگینگ، ریپل گشتاور و نیروهای شعاعی مغناطیسی از منابع الکترومغناطیسی اصلی در تولید نویز صوتی و ارتعاش ‫محسوب می شوند. بر اساس تحقیقات و آزمایشات، اثبات شده است که کاهش گشتاور کاگینگ و ریپل گشتاور قادر است به طور قابل ‫توجهی میزان نویز صوتی را کاهش دهد.

  • ارتباط ریپل گشتاور با ارتعاش و نویز صوتی

در ماشین های الکتریکی با توان اسمی پایین تا متوسط بر مابقی چیره می گردد. گشتاور کاگینگ، ریپل گشتاور و نیروهای شعاعی مغناطیسی از منابع الکترومغناطیسی دخیل در تولید نویز و ارتعاش محسوب می شوند که از مهمترین آن ها می توان به ریپل گشتاور اشاره داشت.  با مطالعات دقیق پیرامون ارتباط ریپل گشتاور با ارتعاش و نویز خواهیم یافت که تا کنون هیچ رابطه ریاضی بین آن ها بیان نشده است؛ ولیکن نتیجه تحقیقات بسیار زیاد و انجام آزمایش های مختلف حاکی از آن است که کاهش ریپل گشتاور می تواند به طور قابل توجهی نویز صوتی را کاهش دهد. کاهش ریپل گشتاور توسط هر دو روش طراحی موتور و درایو قابل انجام است. البته این بدان معنا نیست که هر چقدر ریپل گشتاور کم تر شود به تبع آن ارتعاش و نویز صوتی نیز کاهش خواهد یافت بلکه کاهش بیش از اندازه ریپل گشتاور در طراحی موتور منجر به اشکالاتی در عملکرد آن می گردد. در نتیجه بایستی مقدار ریپل گشتاور در طراحی موتور تا حد بهینه ای حفظ گردد.

 منابع ریپل گشتاور عبارتند از:

  • گشتاور متقابل: به دلیل بر هم کنش میدان روتور و جریان های استاتور
  • گشتاور رلوکتانسی: بر اثر برجستگی روتور
  • گشتاور کاگینگ: به دلیل بر هم کنش شیار های استاتور
  • ریپل گشتاور علاوه بر ایجاد نویز و ارتعاش موجب ایجاد مشکلاتی مانند نوسانات سرعت و کاهش قابلیت اطمینان نیز می شود.

 در اکثر موارد عملی نویز صوتی غالب، توسط نیروهای شعاعی به وجود می آید. ‫موتورهایی که توسط درایو و به وسیله اینورتر تغذیه می شوند نیز به دلیل تولید هارمونیک های زمانی بالا در جریان های سیم پیچ ‫های استاتور، گشتاورهای نوسانی پارازیتی را به وجود می آورند. این گشتاورهای پارازیتی، بزرگتر از گشتاورهای نوسانی تولید شده ‫توسط هارمونیکهای زمان کوتاه یا فضایی می باشند. علاوه بر این ریپل ولتاژ یکسوساز از طریق مدار میانی به اینورتر انتقال یافته و ‫نوعی دیگر از گشتاور نوسانی را تولید می کند.

به منظورکاهش ارتعاشات مکانیکی نیز مطالعات متعددی به طور جزئی مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته است. البته بایستی دقت داشت که کاهش ریپل گشتاور تا حدودی ممکن است و نبایستی این کاهش خللی در عملکرد ماشین ایجاد نماید. در رویکرد جدید اندازه گیری نویز صوتی، پژوهشگرانی در مرجع ]28 [از روش جعبه سیاه جهت تشخیص منابع غیرعادی نویز در pmsm استفاده شده است.

‫1.2 منابع مکانیکی

‫نویز و ارتعاش مکانیکی به دلیل بلبرینگ ها، خمیدگی در شافت، عدم تعادل روتور، تزویج ها، نامیزان بودن شافت،چرخ دنده ها ‫و… می باشد. این منابع را می توان در سه دسته کلی منابع مربوط به خود ماشین، منابع مربوط به بار و منابع مربوط به موارد جانبی ‫نظیر بلبرینگ ها، کموتاتورها و… تقسیم بندی نمود . جهت کاهش ارتعاشات مکانیکی مطالعات متعدد و جزئی صورت پذیرفته است و روش های نسبتاً پیچیده ای هستند.

‫1.3 منابع آیرودینامیکی

‫خنک سازی ماشین ها به وسیله هوا، آب یا روغن به همراه پنکه ها یکی از منابع عمده نویز صوتی به شمار می رود. پنکه ها ‫مولفه های گسسته نویز را در فرکانس های ‪ fv ± fایجاد می کنند که ‪ fvو ‪ fبه ترتیب فرکانس گردابی و فرکانس آهنگ پره می ‫باشد .

‫تأثیر سرعت موتور بر تولید نویز صوتی

‫نویز الکترومغناطیسی در دورهای بالا بسیار کم خواهد شد ولی دو نوع نویز مکانیکی و آیرودینامیکی با افزایش ‪ rpmزیاد می ‫شوند. تصویر زیر به طور تخمینی این موضوع را به خوبی نشان می دهد:

نیروهای شعاعی وابسته به میدان فاصله هوایی :

شار مغناطیسی در ماشین در سراسر شکاف هوایی در جهت شعاعی تقریبی، عبور می کند وتولید نیروهای شعاعی در استاتور و روتور، و در نتیجه سر و صدای مغناطیسی و ارتعاشات می شود. شرح نیروهای شعاعی تولید شده توسط یانگ و تیمار داده شده است . این مهم است که بدانید چه فرکانس هایی توسط  نیروهای شعاعی تولید می شوند. اگر یکی از فرکانس نیروی شعاعی با فرکانس طبیعی دستگاه همزمان شود، تشدید رخ می دهد، که منجر به سر و صدای (آکوستیک) می شود.

فرکانس های تولید شده برای موتور القایی به صورت زیر است:

1.نیروی ناشی ازسیم پیچی استاتور و روتوربه صورت هارمونیک فضایی در فرکانس ها :

2. نیروی ناشی ازترکیب سیم پیچی استاتور و هارمونیک های فضایی نا منظم روتور در فرکانس ها :

3.نیروی حاصل ازترکیب سیم پیچ استاتور و  اشباع هارمونیک فضایی روتور در فرکانس ها :

که این مقادیر برای

قابل استفاده است.

2) هارمونیک شکاف :

یکی دیگر از منابع تولید نویز که در هارمونیک های موجود درشکاف است در این فرکانس ها موجود است:

 امواج این  نیروها در اجزای ماشین  ارتعاش و نویز بالایی  تولید میکنند ،

به ویژه، اگر حالت نیروی تولیدی  توسط

 
کم  باشد (به طور معمول کمتر از 10) {یعنی هر چه این پارامتر ها  کم تر باشند ، نویز بیشتر می شود}

3) تولید نویز با پدیده کراولینگ(خزش) ، قفل شدگی سکون ، عدم تعادل کشش مغناطیسی در موتور القایی :

این عوامل باید درقوانین  طراحی ماشین رفع شود.

B. منابع مکانیکی تولید نویز:

این منابع به صورت زیر تقسیم بندی می شوند:

ذاتی: یکی از منابع تولید نویز نحوه  ساختار استاتور می باشد . استاتور ماشین یک فرکانس طبیعی دارد . وقتی همزمان یکی از فرکانس های حاصل از نیروها با این فرکانس طبیعی یکی باشد، رزونانس رخ می دهد و منجر به نویز صوتی می شود . بنابراین ضروری است که فرکانس طبیعی استاتور دقیق محاسبه شود. از جمله راه کار ها:

فرکانس طبیعی استاتور:

الجر نشان داد که مجموعه ی mmf القایی  و هارمونیک ناشی از شکاف ها و نفوذ پذیری مغناطیسی موجب ایجاد هارمونیک های میدانی منطبق برمولفه  شار اساسی میشوند و  ضربان های فرکانس بالا در نیروی شعاعی مغناطیسی ایجاد می کنند

این ضربان ها به صورت موج سینوسی با وابستگی به تعداد قطب درسرعت های مختلف بصورت گردان هستند.

با روابط مکانیکی                       انحراف استاتور شبیه یک خیز مکانیکی در تیر دو سر درگیر :                                                                                            

M برابر دو قطب ماشین

وفرکانس تقریبی به این صورت:

فرمول دقیق با تحلیل الاستیسیته و … :

2) نویز ناشی از کوپل مکانیکی

3)تجهیزات جانبی: عوامل مکانیکی ایجاد نویز شامل  بیرینگ ها ، عدم تعادل میله روتور و. …

‫C) منابع الکترونیکی:

 عامل دیگر  سر و صدای بسیاری از ماشین های القایی استفاده از  درایو ها بوده که برای درایو استفاده از  اینورتر هاست. ولتاژ های سینوسی سرشار از هارمونیک ها بوده است.

از جمله منابع الکترومغناطیسی ایجاد نویز میتوان به موارد زیر اشاره کرد:

*عدم تعادل فازها

*باز بودن شیار

*اعوجاج موج جریان ورودی

*اشباع مغناطیسی

* مگنتو استریکتیو گسترش ورقه ی هسته 

       * کشش مغناطیسی نامتعادل

در صورت خم شدن محور (شافت) و یا عدم تعادل شافت شاهد خطای دینامیکی و استاتیکی ماشین که شامل عدم تعادل کشش مغناطیسی است می شویم.

کاهش سختی (سفتی ) مکانیکی شافت و سرعت بحرانی اولیه به سبب افزایش کشش مغناطیسی ماشین می باشد.

برای کاهش عدم تعادل مغناطیس کششی باید انتخاب مناسبی در مورد تعداد شیار و قطب داشته باشیم.

*ضربان گشتاور:

  • گشتاور کاگینگ
  • اعوجاج سینوسی یا ذوزنقه ای چگالی شار توزیع شده در فاصله هوایی _ به منظور کاهش ریپل گشتاور توزیع چگالی شار سینوسی تر شود .
  • تفاوت نفوذ پذیری مغناطیسی در محور های مغناطیسی d و q در گشتاور رلوکتانسی
  • ریپل جریان ورودی به دلایلی از جمله PWM
  • کاهش جریان فازها

با افزایش فاصله هوایی ، باید میزان مواد مغناطیسی (آهنربا)  را برای رسیدن به چگالی شار مورد نیاز  زیاد کنیم.

*انحراف شیار استاتور

موجب کاهش back-emf موثر موتور می شود.

دخالت کمتری در کنترل نیروی خروج از مرکز روتور خواهد داشت.

مشکلاتی که با دستگاه های سیم پیچی اتوماتیک روی شیار استاتور می افتد.

*شکل شیار استاتور

نوع شکل تاثیر به سزایی در کاهش گشتاور کاگینگ خواهد داشت:

             اسلات با عرض زیاد            اسلات بسته            اسلات خالی           اسلات دوگانه

هم چنین برای کاهش گشتاور کاگینگ و به تبع آن کاهش نویز ، شکل آهنربا تاثیر گذار می باشد.

*استفاده از مگنت با ضخامت کمتر در لبه در مقایسه با نقاط مرکزی

*استفاده از مگنت با مقطع چند ضلعی از هسته

*استفاده از مگنت به صورتی که تمرکز زدایی در آن رخ دهد. یعنی تماما دایره ای نباشد، میتواند کاگینگ را کاهش دهد ، بدون اینکه back-emf تغییر زیادی کند.  بهترین حالت هم در شکل سوم رخ میدهد، کم ترین گشتاور کاگینگ : optimum 

و اگر گشتاور کاگینگ را بررسی کنیم داریم:

*عدم تقارن مدار مغناطیسی

این مشکل زمانی بوجود می آید که قطب های N و S هر سیم پیچ از نظر الکتریکی و مکانیکی قائده ی تقارن خود را نداشته باشند. این مورد باید در طراحی دقیقا لحاظ شود.

عدم تقارن مدارمغناطیسی موجب افزایش مولفه های هارمونیکی فوریه ی حاصل از تجزیه ی این گشتاور می شود.

*انحراف آهنربا

مشاهده می شود که با در نظر گرفتن زاویه ای بهینه برای انحراف ، گشتاور کاگینگ  پیک تو پیک کاهش میابد .در نظر داریم که در این حالت بدون اینکه شار فاصله هوایی زیاد کاهش یابد، این کار انجام شده است.

انحراف ، زاویه ای برای فاز ها بین نیروهای مغناطیسی شعاعی در موقعیت های  محوری  مختلف(تمام جهت ها)  معرفی می کند که باعث کاهش متوسط نیروی شعاعی و نتیجتا کاهش ارتعاش و نویز می شود.

دامنه نیروی شعاعی و جابه جایی شعاعی از فاکتور های انحراف هستند.

*جابجایی در موقعیت قطب

*انتخاب مناسب پهنای(عرض) آهنربا متناسب با گام شیار استاتور نیز از عوامل کاهش گشتاور می باشد.

پروفیل مورد استفاده برای آهنربا به سه صورت :

شعاعی – موازی – Halbach  می باشد.

از میان این سه با پژوهش های انجام شده به نتیجه رسیده اند که استفاده از Halbach موجب کاهش در گشتاور کاگینگ شده است.

نمایی از این آرایه( چینش) :

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

Thanks!

برای درخواست محصول سفارشی اینجا کلیک کنید

سفارش ویژه
ابعاد موتور

محصولات