دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشكده تحصیلات تكمیلی

” M.SC ” پایان نامه برای دریافت درجه كارشناسی ارشد

مهندسی برق – قدرت

عنوان:

تخمین و پیش بینی مودهای طبیعی استاتور موتورهای سوئیچ رلوكتانس با استفاده از شبكه عصبی

برای رعایت حریم خصوصی اسامی استاد راهنما،استاد مشاور و نگارنده درج نمی شود

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود ولی در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل است)
چكیده
موتورهای سوئیچ رلوكتانسی دارای مزایایی نسبت به دیگر موتورهای الكتریكی می باشند كه آنها را به عنوان گزینه مناسبی برای به كارگیری در صنعت به خصوص در مواردی كه شرایط محیطی سخت و دمای بالای محیط وجود دارد، تبدیل كرده است. اما در این موتورها در اثر تحریك متوالی فازها نیروهای نامتقارنی به پوسته استاتور وارد شده و باعث تحریك متناوب استاتور میگردد كه منجر به ایجاد سر وصدا ونویز می شود.
تحریك متوالی فازهای ماشین بر روی دندانه های استاتور، نیرویی بر دندانه های رتور اعمال می كند كه سبب كشش بین آن دندانه ها شده و با نیروی واكنشی از طرف دندانه های رتور بر روی دندانه های استاتور همراه خواهد بود كه سبب بروز نویز صوتی در بدنه استاتور شده و بكارگیری این موتورها را در صنعت با مشكل روبرو كرده است.
هر قدر فركانس این تحریك تناوبی استاتور به فركانس های مود طبیعی نوسانی استاتور نزدیكتر باشد میزان سر و صدا بیشتر خواهد بود ودرصورتیكه فركانس تحریك تناوبی استاتور با فركانس مود طبیعی نوسانی استاتور یكسان گردد سبب تشدید و از هم گسیختگی بدنه استاتور می گردد. در نتیجه كاهش نویز صوتی تولیدی برای این دسته از موتورها در صنعت امری مهم محسوب می گردد. جهت جلوگیری از بروز این مشكل در فاز طراحی موتورهای سوئیچ رلوكتانس باید برای هر یك از ابعاد كاندید، مودهای نوسانی استاتور بدست آورده شده و با فركانس تحریك تناوبی پوسته استاتور مقایسه گردد تا همواره از همنوائی این فركانس ها جلوگیری شده و نویز ماشین در حد كم و قابل قبولی باشد.
برای تعیین مودهای نوسانی استاتور از روش اجزاء محدود و یا روشهای تقریبی می توان استفاده كرد. روشهای اجزاء محدود بسیار دقیق می باشند ولی بدلیل طولانی بودن محاسبات و نیز وقت گیر بودن برای طراحی ماشین نامناسب هستند. روش های تقریبی نیز دارای دقت خوبی نیستند.
روشی كه در این پایان نامه پیشنهاد شده است استفاده از شبكه های عصبی برای تخمین و پیش بینی فركانس های مود طبیعی استاتور ماشین میباشد. بدین ترتیب كه برای نمونه هایی از موتورهای سوئیچ رلوكتانسی با ابعاد كاندید استفاده از روش اجزاء محدود فركانس های مود طبیعی استاتور را استخراج كرده و بعد از انتخاب شبكه عصبی مناسب و كارا ، فركانس های استخراج شده را به شبكه عصبی مورد نظر آموزش داده تا فركانس های مودهای طبیعی استاتور برای موتورهائی با ابعاد دیگر تخمین و پیش بینی گردند.
پیشگفتار

1- تاریخچه موتور سوئیچ رلوكتانسی
ایده اصلی موتور سوئیچ رلوكتانسی درسال 1838 مطرح شد، اما این موتور تا زمان توسعه الكترونیك قدرت و امكان طراحی الكترو مغناطیسی به كمك كامپیوتر بطور عملی مورد استفاده قرار نگرفت. از اواسط دهه 1960 پیشرفتهای مذكور شروع جدیدی را برای موتور سوئیچ رلوكتانس رقم زدند و با ظهور سوئیچهای نیمه هادی سریع با راندمان بالا و پرقدرت و همچنین پیشرفت در صنعت مدارهای مجتمع آنالوگ و دیجیتال استفاده از این نوع ماشین درچند سال اخیر در بازه وسیعی از كاربردهای صنعتی و خانگی مورد توجه زیادی قرار گرفته است بطوریكه قابلیت رقابت با درایوهای AC,DC دیگر از جمله درایوهای DC بدون جاروبک (BDCM) را داشته باشد. با توجه به ساختار این موتور می توان به موارد زیر بعنوان مزایای آن اشاره كرد:
1) رتور آن ساده بوده و مراحل ساخت نسبتا كمی دارد. همچنین دارای اینرسی پایینی است.
2) سیم پیچ استاتور ساده است.
3) قسمت بیشتر تلفات حرارتی دراستاتور می باشد كه انتقال حرارت از آن ساده تر از رتور است.
4) چون مغناطیس دائم روی رتور وجود ندارد ماكزیمم حرارت مجاز رتور بیشتراز موتورهای مغناطیس دائم است.
5) گشتاور، مستقل از جهت تزریق جریان به فازهاست. برای كاربردهای خاص این باعث كاهش تعداد نیمه هادی های قدرت لازم در كنترل كننده می شود.
6) درشرایط ایجاد نقص، ولتاژ اتصال باز و جریان اتصال كوتاه صفر یا خیلی كوچك است.
7) بیشتر مدارات كانورتری كه با موتور سوئیچ رلوكتانسی بكار میروند نسبت به نقص اتصال كوتاه بدلیل اتصال همزمان سوئیچ های روی یك پل (Shoot- through) ایمن هستند.
8) گشتاور راه اندازی بدون مسئله جریانهای یورشی می تواند خیلی زیاد باشد. بعنوان مثال در موتورهای القایی این جریانها باعث جریان راه اندازی بالا در لغزش زیاد می شود.
9) عملكرد درسرعتهای فوق العاده بالا امكان پذیر است.
10) مشخصه گشتاور – سرعت راحتتر از موتورهای القایی و مغناطیس دائم می تواند با كاربردهای خاص تطبیق داده شود.
از جمله كاستی های این موتور می توان به وجود نداشتن تحریك مغناطیس دائم (در مقایسه با PM,BDCM) اشاره كرد كه بار تمام تحریك لازم را بعهده سیم پیچ استاتور می گذارد و در نتیجه تلفات مسی در واحد افزایش می یابد. مهمترین عیب این موتور طبیعت ضربانی و ناهموار تولید گشتاور در آن است.
2- كاربردهای مختلف موتور سوئیچ رلوكتانسی
درایو سرعت متغیر این نوع موتور هر چند هنوز مورد استفاده وسیع قرار نگرفته است، اما كاربردهای متفاوتی از آن گزارش شده كه در ادامه تعدادی از آنها نام برده می شود. از جمله كاربردهای خاص می توان به سیستم برق هواپیما (بدلیل قابلیت اطمینان بالا)، بعنوان پمپ در توربین های گازی، ژنراتورهای بادی و خودروهای الكتریكی اشاره كرد.
اخیرا شرکت Emetron حدود 20 نوع موتور سوئیچ رلوكتانسی با توان 50W تا 720KW طراحی و ساخته است. به عنوان تعدادی از كاربردهای مورد نظر این شركت می توان به قوه محركه لوكوموتیو الكتریكی (720KW)، كمپرسور برای سیستم های نیوماتیكی (5KW)، ماشین لباسشوئی، پمپ آب، موتور تك فاز برای كاربرد در وسایل آشپزخانه، تهویه مطبوع، كمپرسور برای وسایل گرمایش و سرمایش و برش چوب اشاره كرد. همچنین دراین شركت یك نوع صنعتی از این موتور با راندمان بالا (3000rpm, 5Kw) برای کاربردهای عام تولید شده است.
شركتهای دیگری كه دراین زمینه فعالیت داشته اند عبارتند از GEC انگلیس كه این موتور را دریك ماشین متحرك ریلی بكار برده است، شركت GE كه بعنوان استارتر – ژنراتور موتور هواپیما از این موتور استفاده كرده است. این موتور توسط British Jeffery برای كاربرد كششی در معدن ذغال بكار برده شده است. موارد كاربرد احتمالی موتور سوئیچ رلوكتانسی در آینده بصورت فهرست وار در سطور زیر ذكر می شود:
– اتوماسیون كارخانجات: كاربردهای صنعتی كه احتیاج به كنترل سرعت یا موقعیت دارند.
– وسایل نقلیه الكتریكی و غیر الكتریكی: موارد كاربرد دروسایل نقلیه الكتریكی و كاربردهای جدید موتورهای الكتریكی در اتومبیل های مدرن كه بخصوص نیاز به قابلیت اطمینان بالا در برابر نقائص احتمالی دارند.
– لوازم خانگی: طراحی های مدرن درلوازم خانگی موجب نیاز روزافزون به موتورهای سرعت متغیر شده است.
– نساجی.
– ماشین ابزار.
– ماشین های ادارات شامل درایوهای دیسك نرم و سخت و درایوهای دیسك لیزری، پرینترها، دستگاه های كپی و فاكس و…
– كاربردهای هوا – فضا.