چکیده
امروز از موتورهای سنکرون رلوکتانسی و موتورهای سنکرون رلوکتانسی خودراه انداز به عنوان رقیبی برای جایگزینی موتورهای القایی در کاربردهای سرعت متغیر و سرعت ثابت یاد می‌شود. ساده‌تر بودن فرآیند ساخت و داشتن بازده بالاتر به دلیل حذف قفس القایی، موتورهای سنکرون رلوکتانسی را به گزینه مناسبی برای جایگزینی موتورهای القایی در کاربردهای دارای درایو کرده است. موتورهای سنکرون رلوکتانسی خودراه‌انداز نیز به دلیل بازده بالا و عملکرد در سرعت سنکرون، گزینه مناسبی برای کاربردهای سرعت ثابت مانند فن‌ها و پمپ‌ها هستند. یافتن حالتی بهینه برای روتور که کمترین ریپل گشتاور و بیشترین متوسط گشتاور را بتوان از آن استخراج کرد، هدفی زمان‌بر است که در طراحی موتورهای سنکرون رلوکتانسی دنبال می‌شود؛ زیرا نیازمند ارزیابی عملکرد موتور در نقاط متعدد به ازای حالت‌های مختلف متغیرهای طراحی است. بنابراین نیاز به یک مدل تحلیلی که سرعت حل بالایی داشته و در عین حالت با دقت مناسب ماهیت پپیچیده موتور را مدل کند، ضروری به نظر می‌رسد. چالش اصلی در طراحی موتورهای سنکرون رلوکتانسی خودراه انداز، ایجاد مصالحه بین عملکرد حالت پایدار و گذرا است، زیرا حالت بهینه سدکننده‌های شار و قفس القایی که به ترتیب عملکرد حالت پایدار و گذرای موتور را تعیین می‌کنند، با هم در تعارض هستند.
یکی از اهداف این رساله ارائه مدل تحلیلی برای محاسبه میدان مغناطیسی فاصله هوایی موتور سنکرون رلوکتانسی است تا با کمک آن بتوان با سرعت بالا عملکرد موتور را ارزیابی کرده و کمینه سازی ریپل گشتاور موتور را با آن انجام داد. این کار با استفاده از ترکیب روش نگاشت همدیسی و روش مدار معادل مغناطیسی انجام شده است. مدل تحلیلی پیشنهادی قابلیت در نظر گرفتن اثر شیارهای استاتور و سدکننده‌های شار روتور را در مولفه شعاعی و مماسی میدان فاصله هوایی دارد و همچنین امکان لحاظ کردن اثر اشباع هسته با در نظر گرفتن چرخش روتور را فراهم می‌کند. مقایسه نتایج روش پیشنهادی با نتایج آنالیز المان محدود دوبعدی صورت گرفته است.
از دیگر اهداف این رساله شناسایی تابع ریپل گشتاور موتور سنکرون رلوکتانسی و اتخاذ الگوریتم بهینه‌سازی متناسب با آن است. با توجه به سرعت بالای مدل تحلیلی از آن برای استخراج تابع ریپل گشتاور موتور سنکرون رلوکتانسی استفاده شده است. با توجه به شکل تابع ریپل گشتاور که دارای چندین بهینه محلی است، الگوریتم بهینه‌سازی مولتی مودال که متناسب با ساختار تابع هدف است برای کاهش ریپل گشتاور استخراج شده است. نمونه موتور سنکرون رلوکتانسی طراحی شده با الگوریتم بهینه‌سازی مولتی مودال و روش پیشنهادی، ساخته شده است. نتایج تست آزمایشگاهی نشان دهنده قابلیت روش پیشنهادی برای طراحی موتورهای سنکرون رلوکتانسی است.
از دیگر اهداف این رساله طراحی موتور سنکرون رلوکتانسی خودراه‌انداز با راندمان بالا است. برای این منظور با استفاده از مدل تحلیلی پیشنهادی، سه طرح مختلف روتور سنکرون رلوکتانسی که از نظر متوسط و ریپل گشتاور بهینه هستند به عنوان پایه طراحی موتور سنکرون رلوکتانسی خودراه‌انداز در نظر گرفته شده و قفس القایی با میله‌های مسی مستطیلی برای آن‌ها طراحی شده است. علی‌رغم عملکرد حالت پایدار مشابهی که روتورهای بهینه سنکرون رلوکتانسی از خود نشان می‌دهند، عملکرد حالت گذرای آن‌ها با اضافه شدن قفس القایی متفاوت است. در میان طراح‌های بهینه مختلف، روتور با کمترین میزان مصرف مس برای ساخت انتخاب شده است. نتایج تست با شبیه سازی تطابق خوبی داشته است.
کلمات کلیدی: موتور سنکرون رلوکتانسی – موتور سنکرون رلوکتانسی خودراه انداز – نگاشت همدیسی – مدار معادل مغناطیسی – مدلسازی تحلیلی - بهینه‌سازی