Skip to main content
SUPERVISOR
Mehdi Moallem,Seyed Mohammad Madani
مهدی معلم (استاد مشاور) سیدمحمد مدنی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Alireza Pouramin Aein
علیرضا پورامین آئین

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1385

TITLE

Interior Permanent Magnet Synchronous Machine Design for Increase Flux-weakening Capability and Improve High Speed Operation
Interior Permanent Magnet Synchronous Machines (IPMSM) attracts researcher’s attentions, due to their high efficiency, high torque and power density. Burring permanent magnet inside the rotor core increases mechanical robustness of the rotor construction at high speeds, compared to the surface permanent magnet synchronous machines (SPMSM). Therefore, IPMSM is suitable candidate for high-speed applications. One of the key desirable properties of IPMSM machines, which is essential in many applications such as electric vehicles, is its good flux-weakening capability. This property is related to the machines ability to deliver constant power over a wide range of speeds, without over sizing the converter or the machine. The aim of this thesis is to design an IPEM motor with higher speed operating capability and better flux-weakening capability. The thesis consists of two parts of rotor shape and stator winding designs. In the field of rotor shape design, some authors proposed segmented magnet for IPMSM. In these motors, the iron bridges between PM segments increases d-axis inductance (Ld), which in turn increases the flux-weakening capability of the machine. However, each iron bridge shortens its adjacent PM segments’ flux, which decreases the total magnet's flux (?m) in air-gap. Decreasing ?m results in decreasing the electromagnetic torque. This research presents appropriate positions and dimensions of these magnet-segmentations and iron-bridges to achieve a high d-axis inductance while losing minimum permanent magnet fluxes. In the field of stator winding design, many authors have used fractional-slot concentrated windings in SPMSM, in order to improve motor performance at high speeds. However, it is not common to use fractional-slot concentrated windings for IPMSM, due to the possible increase of torque pulsation. In the second part of this thesis, a fractional-slot is designed for an IPM machine to increase the machine inductance, which improves the flux-weakening capability of the machine. First, the concept of concentrated windings is introduced. Then, a detailed analysis is presented which explains the potential of fractional-slot concentrated winding in IMPSM flux-weakening. Then, the criteria for choosing the optimum slot/pole combination are described. An interior PM 12slot/10pole prototype with concentrated windings has been designed. Simulation results verifies that a very wide speed range of constant power operation can be achieved in this method while achieving machines eff Keywords: Flux-weakening, Interior permanent magnet synchronous machines, Fractional-slot concentrated winding, Rotor shape design, Segmented magnet.
موتورهای مغناطیس دائم داخلی، IMPSM به دلیل داشتن بازده، چگالی توان و گشتاور مشخصه بالا مورد توجه محققین بوده است. قرار گرفتن مغناطیس دائم در داخل روتور استحکام مکانیکی موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی در سرعت‌های بالا را در مقایسه با موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی افزایش داده است. لذا موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی به عنوان کاندیدی مناسب برای چنین کاربردهایی مطرح شده است.یکی از خصوصیات مورد علاقه‌ در موتورهای مغناطیس دائم داخلی که در بسیاری از کاربردها ضروری است، قابلیت تضعیف شار مناسب می‌باشد. این خصوصیت وابسته به توانایی ماشین به تحویل توان ثابت در رنج وسیعی از سرعت است بدون اینکه اندازه اینورتر یا موتور افزایش یابد. در این پایان‌نامه هدف طراحی موتور IPMSM با قابلیت بالاتر عملکرد موتور در سرعت بالاو بهبود قابلیت تضعیف شار می‌باشد. طراحی به دو بخشِ طراحی ساختار روتور و طراحی سیم‌پیچ استاتور تقسیم می‌گردد. در زمینه طراحی ساختار روتور، موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی با مغناطیس دائم چند تکه شده توسط تعدادی از محققین مطرح شده است. در این موتورها کانالهای آهنی با افزایش اندوکتانس محور d، قابلیت تضعیف شار را افزایش می‌دهند، گرچه پلهای آهنیباعث می‌گردند شارهای مغناطیس دائم مجاور اتصال کوتاه شود ودر نتیجه کل شار پیوندی مغناطیس دائم در فاصله هوایی کاهش می‌یابد. کاهش شار پیوندی باعث کاهش گشتاور مغناطیسی می‌شود. در این پایان‌نامه ابعاد و موقعیت این کانالها بگونه‌ای طراحی شده است که بیشترین اندوکتانس محور طولی (Ld) به ازای کمترین کاهش در شار پیوندی بدست آید. در زمینه طراحی سیم پیچ استاتور، محققین متعددی از سیم‌پیچ متمرکز شیار-کسری در موتور سنکرون مغناطیس دائم سطحی به منظور بهبود عملکرد در سرعت بالا استفاده کرده‌اند. در صورتی که استفاده از سیم‌پیچ متمرکز در IPMSM به دلیل احتمال افزایش نوسانات گشتاور مرسوم نبوده است. در قسمت دوم این پایان ‌نامه موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی‌ با سیم‌پیچ متمرکز شیار کسری بمنظور افزایش اندوکتانس محور d و در نتیجه بهبود قابلیت تضعیف شار در موتور IPMSM طراحی شده است. در ابتدا اصول سیم‌پیچ متمرکز شیار کسری ارائه شده است. سپس جزئیات آنالیز ارائه شده پتانسیل سیم‌پیچ متمرکز شیار کسری در دستیابی به تضعیف شار بهینه را نشان می‌دهد. معیارهای انتخاب مناسب ترکیبات شیار و قطب تعیین می‌گردد. موتور مغناطیس دائم داخلی با 12 شیار و 10 قطب با سیم‌پیچ متمرکز شیار کسری طراحی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که موتور پیشنهادی قادر به دسترسی به گستره وسیعی از سرعت تحت توان ثابت بوده، در حالی است که بازده موتور پیشنهادی در سرعت‌های بالا بیش از 90% می‌باشد. به علاوه یک مقایسه کامل بر روی انواع موتورهای سنکرون مغناطیس دائم داخلی برای گستره وسیعی از سرعت تحت توان ثابت انجام شده است. این مقایسه شامل پارامترهای عملکردی مختلفی از ماشین می‌باشد، همانند گشتاور بر جریان، حداکثر سرعت به سرعت مبنا و ... .سرانجام نشان داده شده که موتور پیشنهادی علاوه بر دستیابی به گستره سرعت تحت توان ثابت (CPSR) بسیار بالا، دارای کلید واژه : 1- تضعیف شار 2- موتور سنکرون مغناطیس دائم داخلی 3- سیم‌پیچ متمرکز شیار کسری 4-طراحی ساختار روتور 5-مغناطیس دائم چند تکه شده 1- فصل اول

ارتقاء امنیت وب با وف بومی