نمونه ترجمه تخصصی مقاله ماشین های القایی

 

ماشین القایی به دلیل ساختار ساده و مستحکم اش، در کاربردهای الکتریکی صنعتی برای مدت زیادی دوام دارند. عمدتاً دو نوع ماشین القایی وجود دارد: در ماشین های القایی سیم پیچ روتور، مدار روتور از سیم پیچ های سه فاز مشابه استاتور ساخته شده است. سپس سیم پیچ های روتور با استفاده از حلقه های لرزان دچار اتصال کوتاه می شوند.

ماشین های القایی قفس سنجابی معمولاً در برنامه های کم مصرف و متوسط مصرف ​​از جمله قطارهای برقی استفاده می شوند. میله های روتور توسط ریخته‌گری تحت فشار در آلومینیوم ذوب شده در شکاف های روتور، فرو می رود. میله ها با استفاده از حلقه های انتهایی دچار اتصال کوتاه می شوند. شکل 5.65 سطح مقطع ماشین القایی قفس سنجابی  را نشان می دهد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

همانطور که از نام ماشین های القایی پیداست، این ماشین ها گشتاور را بر اساس نیروی ایجاد شده توسط جریان های روتور در میدان هوایی گردان ناشی از جریان استاتور تولید می کنند. معمولاً سیم پیچ های استاتور ماشین القایی از سیم پیچ های توزیع شده سه فاز تشکیل می شود. جزئیات مربوط به سیم پیچ های توزیع شده در بخش 5.4 به طور مفصل مورد بحث قرار گرفته است و نمونه ای از پیکربندی سیم پیچ توزیع شده سه فاز در شکل 5.14 نشان داده شده است. همانطور که در معادله 5.39 نشان داده شده است، هنگامی که سیم پیچ های استاتور با جریان های سه فاز تحریک می شوند، یک توزیع رسانا- آمپر گردان حفظ می شود که با سرعت همزمان برمحور خود می چرخد​​. توزیع رسانا- آمپر استاتور، یک میدان مغناطیسی در حال چرخش را در شکاف هوایی ایجاد می کند. مطابق قانون فارادی که توسط معادلات 5.15 و 5.16 تعریف شده است، میدان مغناطیسی با تغییر زمان باعث ایجاد ولتاژ در رساناهای روتور می شود. مطابق قانون نیروی لورنتس که در معادله 5.13 تعیین شده است، هنگامی که رساناهای روتور بطور کوتاه متصل می شوند، جریان های القایی نیرویی را در روتور ایجاد می کنند و این امر منبع حرکت در ماشین های القایی محسوب می شود.

هنگامی که شار مغناطیسی با تغییر زمان از طریق سطح بسته رسانا جریان می یابد، پس از این یکEMF  و ولتاژ بر روی رساناهای روتور القا می شود (به شکل 5.3 نگاه کنید). اگر روتور با سرعت همزمان بچرخد، میدان مغناطیسی شکاف هوایی گردان قادر به عبور از سطح رسانا نخواهد بود و هیچ ولتاژ، جریان، نیرو و از این رو گشتاوری القا نخواهد شد. بنابراین در ماشین مقاومت القایی سرعت چرخش روتور کمی پایین تر از سرعت همزمان است. سرعت نسبی بین روتور (ω_r ) و میدان مغناطیسی شکاف هوایی در حال چرخش (ω_s )، لغزش نامیده می شود و به شرح ذیل تعریف شده است

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

(5.64)

 

شکل 5.65. نمای مقطعی ماشین القایی قفس سنجابی.

فرکانس EMFها و جریان های القاء شده در روتور، تابعی از فرکانس استاتور می باشد و به لغزش بستگی دارد:

(5.65)

از معادلات 5.64 و 5.65 می توان دریافت که وقتی سرعت روتور به سرعت همزمان می رسد، لغزش صفر و فرکانس روتور نیز صفر می باشد. هنگامی که روتور بدون حرکت است، فرکانس روتور s = 1  بالاترین مقدار خود را خواهد داشت. در حالت موتوری، لغزش بین صفر تا یک تغییر کند. هرچه لغزش پایین تر باشد، فرکانس روتور و جریان های القایی نیز بیشتر می شود. این امر منجر به تلفات بیشتر روتور می شود و عملکرد ماشین های القایی را محدود می کند. بنابراین، در عمل، ماشین های مقاومت القایی به گونه ای طراحی شده اند که با یک لغزش کوچک، به طور کلی <5٪ با بار کامل، فعالیت نمایند.

در موتور القایی، میدان مغناطیسی استاتور با سرعت همزمان می چرخد. روتور بصورت ناهمزمان و کندتر از میدان مغناطیسی استاتور می چرخد. با این حال، از آنجا که گشتاور بواسطه فعل و انفعال میدان های مغناطیسی استاتور و روتور ایجاد می شود، میدان مغناطیسی روتور در شکاف هواپشت بطور همزمان با میدان مغناطیسی استاتور می چرخد​​، اما نسبت به سرعت روتور سریعتر می چرخد. تفاوت بین سرعت روتور و میدان مغناطیسی روتور، به لغزش بستگی دارد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

همانطور که در معادله 5.65 تعریف شده است، عملکرد ماشین های القایی شبیه به ترانسفورماتورها است، به جز اینکه فرکانس EMFهای القا شده روی روتور با فرکانس های استاتور تفاوت دارد. علاوه بر این، در مدار مغناطیسی بر خلاف ترانسفورماتور، یک شکاف هوایی وجود دارد که سطح جریان مغناطیسی را افزایش می دهد. همانطور که در مدار معادل در شکل 5.66 نشان داده شده است، E₁، ولتاژ القایی در استاتور، توسط نسبت دورها،u، به مدار روتور متصل می شود. در اینجا، V₁، I₁،r₁  و X₁ به ترتیب ولتاژ استاتور، جریان، مقاومت سیم پیچ و القاوری نشتی استاتور را نشان می دهند. هنگامی که روتور ثابت است، ماشین القایی مانند یک ترانسفورماتور دارای شکاف هوایی رفتار می کند. با سرعت گرفتن روتور، سرعت روتور به سرعت همزمان نزدیک می شود؛ بنابراین، فرکانس میدان مغناطیسی روتور کاهش می یابد و منجر به کاهش ولتاژ القایی می شود. با توجه به اینکه این لغزش بین یک (عملکرد روتور بدون حرکت یا قفل شده) و صفر (روتور با سرعت همزمان می چرخد) متفاوت است، ولتاژ القا شده در روتور نیز با لغزش متناسب است:

 

(5.66)

شکل 5.66 مدار معادل تک فاز یک ماشین القایی.

که در آن در زمانی که s=1 و f_r=f_s باشد، E₂₀  ولتاژ روتور القا شده در حالت روتور قفل شده قرار دارد. از آنجا که القاوری نشتی روتور،X₂  نیز وابسته به فرکانس است؛ می توان آن را مانند معادله 5.67 نشان داد.

(5.67)

مقاومت روتور، مشروط بر اینکه عدم توجه به اثرات پوستی و مجاورت نادیده گرفته شوند، به فرکانس روتور بستگی ندارد. جریان روتور را می توان با استفاده از امپدانس کل در جانب روتور محاسبه کرد:

(5.68)

اصطلاح مربوط به مقاومت روتور در معادله 5.68 را می توان به دو مؤلفه تقسیم کرد:

(5.69)

اصطلاح اول بیانگر تلفات مس در روتور است. اصطلاح دوم بیانگر تبدیل توان الکترومکانیکی می باشد. برای ساده کردن محاسبه پارامترهای موتور، ولتاژ جانب روتور، جریان، مقاومت و القاوری نشتی را می توان با استفاده از نسبت دورها در جانب استاتور نشان داد:

(5.70)

بنابراین، مدار معادل ماشین القایی را می توان با در نظر گرفتن عبارات موجود در معادلات 5.69 و 5.70 ، مانند شکل 5.67 به روز کرد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

در مدار معادل،X_m مقاومت القایی مغناطیسی وi_m  جریان مغناطیس کننده را نشان می دهد. با توجه به شکاف هوا، مقاومت القایی مغناطیس کننده یک ماشین القایی به طور قابل توجهی بالاتر از مقاومت القایی مغناطیس کننده ترانسفورماتور است. همچنین می توان در شکل 5.67 مشاهده کرد که حتی اگر جریان روتور صفر باشد،i₀  هنوز در ماشین جریان دارد و مغناطش را حفظ می کند. پارامترr_c  تلفات آهن را نشان می دهد و تابعی از فرکانس و چگالی شار مغناطیسی است. همانطور که قبلاً ذکر شد، ماشین های القایی برای کار با یک لغزش کوچک، معمولاً <5٪ طراحی شده اند. از آنجا که فرکانس روتور به دلیل نسبت کم لغزش، بسیار کمتر از فرکانس استاتور خواهد بود، معمولاً تلفات آهن روتور نسبت به استاتور بسیار کمتر می باشد.

بواسطه شکل 5.67، کل توان شکاف هوایی را می توان به شرح ذیل نشان داد

(5.71)

که در آنm  تعداد فازها می باشد. توان شکاف هوایی شامل توان مورد استفاده در تبدیل انرژی الکترومغناطیسی و تلفات مس روتور است:

(5.72)

از معادله 5.72 مشاهده می شود که با افزایش لغزش در ماشین القایی، تلفات مس روتور افزایش می یابد. این امر یکی دیگر از عواملی است که نشان می دهد چرا ماشین های القایی برای کار با لغزش کم طراحی شده اند. با لغزش کمتر، بخشی از توان شکاف هوا که در تبدیل انرژی الکترومکانیکی مورد استفاده قرار گرفته، افزایش می یابد، در حالی که تلفات مس روتور کاهش می یابد.

با استفاده از معادله 5.72، گشتاور القاء شده را می توان به شرح ذیل محاسبه نمود

(5.73)

شکل 5.68 مشخصات معمولی سرعت گشتاور یک ماشین القایی را نشان می دهد. هنگامی که لغزش بسیار کم باشد، رانش روتور نزدیک به سرعت همزمان می شود. این امر مربوط به شرایط بدون بار در جایی است که فرکانس روتور، ولتاژ روتور القا شده و از این رو جریان روتور بسیار کم است. در گشتاور با بار کامل، تقریباً یک رابطه خطی بین بار، لغزش و از این رو سرعت روتور وجود دارد. جریان روتور به صورت خطی بواسطه سرعت افزایش می یابد، در حالی که سرعت روتور نیز به صورت خطی کاهش می یابد. ماشین القایی در این منطقه در حالت پایدار فعالیت می کند. از آنجا که لغزش و از این رو، فرکانس روتور کم است، واکنش روتور نسبت به مقاومت روتور ناچیز است. این منجر به عملیاتی با ضریب توان بالا می شود.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

 

شکل 5.67. مدار معادل تک فاز یک ماشین القایی در جانب استاتور

شکل 5.68. ویژگی های معمولی سرعت گشتاور یک ماشین القایی.

با افزایش بار، سرعت لغزش افزایش می یابد. در لغزنده های بالاتر در گشتاور خروجی، فرکانس روتور افزایش می یابد و مقاومت القایی روتور به مقاومت روتور نزدیکتر می شود. این منجر به ضریب توان پایین تر می شود. اگر گشتاور بار افزایشی باقی بماند و لغزش از حداکثر مقدار آن فراتر می رود (s_max) ، گشتاور القاء شده شروع به کاهش می نماید. این امر به این دلیل است که ضریب توان با میزان بیشتر افزایش جریان روتور که به علت مقاومت القایی زیاد روتور و در نتیجه فرکانس روتور بالاتر می باشد، کاهش می یابد. بنابراین، اگر بار فراتر از گشتاور شکست افزایش یابد، روتور شروع به کاهش سریع می کند و از حرکت باز می ایستند.

همانطور که در معادله 5.64 تعریف شده است، هنگامی که روتور با فرکانس همزمان می چرخد، لغزش منفی می شود. در این حالت، همانطور که در شکل 5.69 نشان داده شده است، گشتاور القاشده نیز منفی می شود و ماشین القایی به عنوان ژنراتور عمل می کند. با این حال، از آنجایی که ماشین به خودی خود نمی تواند از سرعت همزمان استفاده کند، باید توسط یک عامل محرک شتاب بگیرد و از این طریق از آن توان بگیرد. ماشین القایی هنگام کار به عنوان ژنراتور، توان فعال در منبع الکتریکی را تأمین می کند.

با این وجود، به دلیل وجود منبع تحریک واحد و از این رو عدم وجود تحریک میدانی در روتور (این مورد در ماشین های سنکرون وجود داشت)، هنوز هم باید جریان مغناطیس کننده واکنشی (i_m) در شکل 5.67 را در منبع دریافت نمود.

5.6.2.1. کنترل سرعت در ماشین های القایی

 کنترل سرعت در ماشین های القایی از طریق کنترل فرکانس استاتور توسط تغییر سرعت همزمان یا از طریق تغییر گشتاور روتور توسط تغییر مقاومت روتور یا ولتاژ استاتور قابل دستیابی است. تغییر مقاومت روتور در ماشین های القایی سیم پیچ روتور امکان پذیر است. هنگامی که مقاومت اضافی به مدار روتور اضافه شود، مشخصات سرعت گشتاور ماشین القایی تغییر می کند، اما این امر باعث اتلاف اضافی می شود و با توجه به محدودیت های کارآیی، در برنامه های رانشگر الکتریکی شده کاربردی نیست. همانطور که در معادله 5.73 نشان داده شده است، تغییر ولتاژ استاتور نیز خود را با گشتاور تطبیق می دهد. با این حال، با توجه به منبع تحریک واحد، جریان مغناطش در ماشین القایی به ولتاژ استاتور بستگی دارد. این امر را می توان از نمودار مدار معادل در شکل 5.67 مشاهده کرد. هنگامی که ولتاژ استاتور کاهش می یابد، جریان مغناطش و از این رو شار کاهش می یابد. این امر منجر به گشتاور پایین تر و شکست می شود.

 

شکل 5.69. مشخصات سرعت گشتاور معمولی ماشین القایی با توجه به عملکردی با سرعتی فراتر از همزمان در حالت تولید.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

همانطور که در معادله 5.39 نشان داده شده، وقتی فرکانس استاتور موتور القایی تغییر می یابد، سرعت همزمان مطابق با آن تغییر می کند. طبق معادله 5.65، این امر منجر به فرکانس روتور متغیر می شود و از این رو می توان سرعت عملیاتی ماشین القایی را تنظیم کرد. سرعت همزمان را می توان با تغییر تعداد قطب ها نیز تغییر داد. با این وجود، این امر مستلزم تغییر شکل سیم پیچ می باشد و به دلیل محدودیت های مکانیکی و محدودیت ها از نظر تعداد قطب های مورد استفاده، در برنامه های رانشی الکتریکی شده عملی نیست.

با استفاده از اینورترهای الکترونیکی توان، می توان فرکانس استاتور یک موتور القایی را تغییر داد و همانطور که در شکل5.70 نشان داده شده، این امر منحنی گشتاور/ سرعت را در امتداد محور سرعت تفسیر می نماید. در سرعت های پایین تر از سرعت پایه، اگر فقط فرکانس کاهش یابد، این باعث افزایش شار، فعالیت موتور در ناحیه غیر خطی و از این رو منجر به افزایش جریان مغناطیس می شود. برای ثابت نگه داشتن شار، باید ولتاژ استاتور را بصورت خطی با فرکانس استاتور کاهش داد. اگر نسبت ولتاژ به فرکانس (V/f) یک ماشین القایی ثابت نگه داشته شود، گشتاور شکست ثابت می ماند و منحنی سرعت گشتاور در امتداد محور سرعت تغییر می کند.

 

شکل 5.70. ویژگی های سرعت گشتاور معمولی یک موتور القایی برای کار با فرکانس متغیر.

از شکل 5.70 می توان مشاهده کرد که در سرعت های پایین تر، منحنی سرعت گشتاور از شکل اصلی آن منحرف می شود. این امر عمدتاً به این دلیل است که القاوری نشتی در فرکانس های پایین کاهش می یابد و مقاومت روتور غالب می گردد. این امر باعث کاهش جریان مغناطیسی و منجر به کاهش شار و از این رو گشتاور می شود. در سرعت های بالاتر از سرعت پایه، ولتاژ استاتور باید به دلیل محدودیت های طراحی ماشین ثابت نگه داشته شود. در این حالت، هنگام افزایش فرکانس استاتور، شار کاهش می یابد و منجر به کاهش گشتاور می شود. این امر مشابه عملکرد تضعیف شار در ناحیه توان ثابت منحنی سرعت گشتاور است که در شکل 5.56 نشان داده شده است.

5.6.3. ماشین های رلوکتانس سوئیچی

SRM  بر حسب ساخت استاتور و روتور دارای برجستگی مضاعف می باشد. mmf  با انرژی دادن به سیم پیچ های متمرکز در اطراف قطب های استاتور برجسته ایجاد می شود. گشتاور هنگامی ایجاد می شود که شار از میان قطب های روتور برجسته جریان یابد و آنها را به سمت قطب استاتور می کشاند تا رلوکتانس مسیر مغناطیسی را کاهش دهد. پیکربندی های SRM توسط تعداد قطب های استاتور و روتور تعریف می شود. شکل 5.71 سطح مقطع SRM های سه فاز 6/4 و چهار فاز 8/6 را به ترتیب در موقعیت های تراز شده و غیرمستقیم نشان می دهد.

SRM  ساخت ساده و کم هزینه ای دارد: دارای یک هسته استاتور لایه ای با سیم پیچ های متمرکز در اطراف قطب های برجسته می باشد. هسته روتور لایه ای، سیم پیچ و PM ندارد. این ماشین عملکرد پر سرعت و درجه حرارت بالا روی روتور را امکان پذیر می کند. همانطور که در بخش 5.4 بحث شد، ساختار قطب برجسته، سیم پیچ های فاز را از یکدیگر جدا می کند. بنابراین، مقاومت القایی متقابل بسیار کم است و این امر باعث می شود SRM  به یک ماشین ذاتا تحمل‌پذیر در برابر خطا تبدیل شود. SRM می تواند در چهار ربع کار کند و در مقایسه با سایر ماشین ها دارای محدوده سرعت ثابت بالاتری می باشد. از سوی دیگر، ساختار قطب برجسته منجر به استفاده کمتر از محیط منحنی شکاف هوا می شود. معمولاً، چگالی شار مغناطیسی در اطراف قطب های برجسته متمرکز می شود. به دلیل وجود یک منبع تحریک واحد، برای افزایش چگالی توان به یک فشار هوای کم نیاز می باشد. این چالش ها منجر به نیروهای شعاعی بالاتر و ایجاد نویز و لرزش در SRM می شود.

SRM  ها بر اساس این اصل عمل می کنند که شار مغناطیسی تمایل دارد از مسیر مغناطیسی با کمترین رلوکتانس عبور کند. هنگامی که به سیم پیچ های متمرکز در اطراف قطب استاتور برجسته انرژی داده می شود، شار مغناطیسی مسیر خود را بر روی قطب های روتور برجسته نزدیک می کند. این امر باعث ایجاد گشتاور در قطب روتور می شود و آن را برای تراز کردن به سمت قطب استاتور می کشد. رلوکتانس در موقعیت تراز شده حداقل است، زیرا شار مغناطیسی بیشتر از طریق لایه های استاتور و روتور عبور می کند. هنگامی که قطب روتور از یک موقعیت غیر تراز به یک موقعیت تراز شده منتقل می شود، طول شکاف هوا و رلوکتانس کاهش می یابد و از این رو، همانطور که در شکل 5.72 نشان داده می شود، مقاومت القایی مدار مغناطیسی افزایش می یابد. هنگامی که قطب روتور از قطب استاتور فاصله می گیرد (از موقعیت تراز شده به موقعیت غیر همتراز)، از آنجا که طول کیسه هوا افزایش می یابد ، القاء کاهش می یابد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.71. نمای مقطعی SRM(الف) SRM سه فاز 6/4 در یک موقعیت تراز شده و (ب) SRM  چهار فاز 8/6 در یک موقعیت غیرتراز.

 

شکل 5.72. تغییر مشخصات مقاومت القایی در SRM با موقعیت روتور.

درSRM ، موقعیت تراز شده یک نقطه تعادل پایدار است، که در آن رلوکتانس حداقل است. اگر نیرویی برای جابجایی قطب روتور از موقعیت تراز شده استفاده شود، شار استاتور تمایل می یابد تا با کشیدن قطب روتور به عقب و نگه داشتن آن در موقعیت تراز شده، رلوکتانس مدار مغناطیسی را کاهش دهد. بنابراین، در حالت عملکرد موتور، هنگامی که قطب روتور در هر فاز از موقعیت تراز نشده به سمت موقعیت تراز شده حرکت می کند، گشتاور با اعمال جریان در فازهای متوالی ایجاد می شود. این امر مطابق با افزایش مشخصات مقاومت القایی در شکل 5.72 می باشد. اگر یک فاز هنوز بعد از همترازسازی فعال باشد، آنگاه برای جلوگیری از حرکت و نگه داشتن قطب روتور در همترازی، گشتاور منفی ایجاد خواهد شد. SRM در حالت تولید، هنگامی بکار می افتد که مشخصات مقاومت القایی شیب منفی داشته باشد. این امر مربوط به مورد شکل 5.72 می باشد، در زمانی که قطب روتور از یک موقعیت تراز به سمت موقعیت غیرتراز حرکت می کند. اگر یک فاز در موقعیت تراز فعال باشد، تلاش محرک اصلی برای جابجایی قطب روتور به خارج از موقعیت تراز، منجر به گشتاور الکترومغناطیسی متضاد خواهد شد (قطب استاتور تمایل دارد که قطب روتور را همتراز نگه دارد) و انرژی مغناطیسی ذخیره شده را افزایش می دهد. هنگامی که قطب روتور به موقعیت غیرتراز می رسد، تمام انرژی مکانیکی به انرژی مغناطیسی تبدیل می شود و به منبع باز می گردد.

از آنجا که سیم پیچ های فاز از یکدیگر جدا شده اند، می توان تصور نمود که شار تولید شده توسط سیم پیچ یک فاز، با سایر سیم پیچ های فاز ارتباط ندارد. بنابراین، همانطور که در شکل 5.73 نشان داده شده است، مقاومت القایی متقابل را نمی توان نادیده گرفت و می توان مدار معادل فاز را نشان داد.

معادله ولتاژ برای یک فاز واحد را می توان به شرح ذیل نشان داد

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

 

که در آن v_s  ولتاژ ترمینال، i_s  جریان فاز، ψ  پیوند شار، R_s  مقاومت فاز، θ  موقعیت روتور و ω_m  سرعت زاویه ای می باشد. هنگام فعالیت در ناحیه خطی منحنی مغناطش، مقاومت القایی با موقعیت روتور تغییر می کند، اما با جریان تغییر نمی کند:

 

شکل 5.73. مدار معادل تک فاز SRM.

(5.75)

که در آن L(θ)  مقاومت القائی فاز می باشد که با موقعیت روتور تغییر می کند. عبارت معادله 5.75 مدار معادل در شکل 5.73 را نشان می دهد و سمتِ‌ راست‌ترین عبارت EMF معکوس است. توان ورودی آنی را می توان به صورت ذیل محاسبه نمود

 

همانطور که در یک ماشین دی‌سی براش اتفاق می افتد، اگر مقاومت القایی با موقعیت روتور تغییر نکند، عبارت وسط سرعت تغییر انرژی میدان را نشان می دهد:

(5.77)

با این حال، درSRM ، به دلیل ایجاد قطب برجسته و منبع تحریک واحد، سرعت تغییر انرژی میدان به شکل دیگری به پایان می رسد:

(5.78)

 

 

عبارت دوم در معادله 5.78 نشان می دهد که mmf به کار رفته در SRM مسئول ساخت میدان مغناطیسی و تولید گشتاور است. ترکیب معادلات 5.76 و 5.78 منجر به ایجاد معادله زیر می شود:

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

آخرین عبارت توان شکاف هوایی را  نشان می دهد و گشتاور الکترومغناطیسی آنی را می توان به شرح ذیل محاسبه کرد

(5.80)

 

اصطلاح گشتاور در معادله 5.80 با توجه به عملکرد خطیSRM  بدست می آید و محدودیت هایی نیز دارد. در محدوده عملیاتی خطی، مقاومت القائی فاز تحت تأثیر جریان قرار ندارد؛ بنابراین، همانطور که در شکل 5.74 نشان داده شده است، منحنی های پیوند شار را می توان در جایی که به ترتیب شیب خطوط تراز شده، L_a  و مقاومت القایی بدون تراز L_u  وجود دارد، به عنوان تابع خطی جریان نشان داد.

هنگامی که روتور در وضعیت غیرقابل همتراز قرار دارد، اگر جریان فاز از صفر به i_a افزایش یابد، پیوند شار به صورت خطی افزایش می یابد و خط OA را دنبال می کند. در این حالت، انرژی تأمین شده در مدار مغناطیسی به شرح ذیل خواهد بود

 

شکل 5.74 پیوند شار در برابر شکل موج جریان در SRM در حال فعالیت در منطقه خطی.

هنگامی که قطب های روتور از یک موقعیت غیرهمتراز به یک موقعیت تراز شده منتقل می شوند، پیوند شار از ψ_a   به ψ_b  تغییر می کند. انرژی الکترومغناطیسی که توسط ناحیه سایه دار OAB نشان داده شده است، به عنوان شبه انرژی بیان می شود. این انرژی به انرژی مکانیکی تبدیل شده و اصطلاح گشتاور ارائه شده در معادله 5.80 را تأیید می کند:

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

هنگامی که قطب های روتور توسط Δθ حرکت می کنند، جریان از صفر به i_a  و پیوند شار از ψ_a   به ψ_b  تغییر می کند.  بنابراین، انرژی جذب شده در مدار با منطقه ABCD نشان داده می شود. این امر بیانگر انرژی ذخیره شده توسط EMF معکوس است که در معادله 5.75 نشان داده شده است:

(5.83)

کل انرژی ارائه شده به مدار مغناطیسی، مجموع انرژی ذخیره شده و شبه انرژی می باشد:

(5.84)

 

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

از آنجایی که انرژی انرژی ارائه شده در معادله 5.82 به گشتاور الکترومغناطیسی تبدیل شده است، می توان نسبت تبدیل انرژی را به صورت محاسبه کرد

(5.85)

اگر نسبت برجستگی به شرح ذیل تعریف شود

(5.86)

نسبت تبدیل انرژی را می توان به شرح ذیل بدست آورد

(5.87)

معادله 5.87 نتایج مهمی را در مورد عملکرد SRM در منطقه خطی در بردارد:

• از آنجا که λ>1 است، کمتر از نیمی از کل انرژی مغناطیسی به کار مکانیکی تبدیل شده است.
• مابقی کل انرژی در مدار مغناطیسی ذخیره شده و در پایان بر روی سطح اثر می گذارد، مجدداً به منبع تأمین بر می گردد یا در داخل موتور تخلیه می شود.
• بهره برداری در منطقه خطی باعث عدم استفاده از مبدل می شود: مبدل، کل انرژی را اندازه می گیرد، اما موتور کمتر از نیمی از آن را تحویل می دهد.

در عمل، SRM ها در جایی که شبه انرژی برای کل انرژی ارائه شده افزایش می یابد، برای فعالیت در منطقه غیرخطی طراحی شده اند. همانطور که از شکل 5.75 مشاهده می شود، برای وقوع جابجایی مشابه در قطب روتور، اشباع حداکثر پیوند شار را محدود می کند. بنابراین، در منطقه اشباع، تغییر مقدار بیشینه در EMF معکوس بواسطه جریان محدود می شود، در حالی که گشتاور بیشینه به دلیل نسبت بالاتر شبه انرژی، افزایش می یابد. این امر منجر به ضریب تبدیل انرژی بالاتر، ضریب توان بالاتر و همچنین استفاده بهتر از مبدل نیرو می شود.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.75. پیوند شار در برابر شکل موج جریان در SRM در حال اجرا در منطقه غیر خطی

 

شکل 5.76. موج های ذخیره شده و شبه انرژی یک کارکتر ضربه با تحریک جریان ثابت

انرژی ذخیره شده و شبه انرژی را می توان به صورت ریاضی به شرح ذیل بیان نمود

همانطور که در شکل 5.76 نشان داده شده است، هنگامی کهSRM  در منطقه خطی کار می کند، اشکال موج ذخیره شده و شبه انرژی مشابه می باشد. هنگامی که جریان تحریک افزایش می یابد، موتور در منطقه غیر خطی کار می کند. این امر باعث می شود تاW_c > W_f   باشد و از این رو، شکل موج انرژی به خصوص زمانی که قطب روتور به موقعیت تراز شده نزدیکتر می شود، به طور معنی داری منحرف شود. شکل 5.77 نحوه تعیین گشتاور الکترومغناطیسی توسط مشخصات جریان – پیوند شار را نشان می دهد. هنگامی که قطب روتور توسط Δθ  بحرکت می افتد، کار مکانیکی که باید انجام شود این است که این منطقه  توسط OAB و از این رو شبه انرژی تحت پوشش قرار گیرد. برای تحریک جریان ثابت، می توان گشتاور را به شرح ذیل تعریف کرد

(5.89)

 

شکل 5.77. انحراف گشتاور آنی برای تحریک جریان ثابت.

 همانطور که در شکل 5.76 نشان داده شده است، هنگامی که موتور در منطقه خطی کار می کند، منحنی مغناطش یک خط مستقیم می باشد. در این حالت، از آنجا که مقادیر ذخیره شده و شبه انرژی یکسان هستند، گشتاور در معادله 5.89 را می توان مانند معادله 5.82 محاسبه کرد.

یکی از چالش های مهمSRM ، نویز اکوستیک و لرزش است. در ماشین های الکتریکی، نیروهای الکترومغناطیسی بواسطه فعل و انفعال مولفه های طبیعی و مماس در شکاف هوا تولید می شوند. بر خلاف PM یا ماشین های القایی، شکل موج چگالی شار مغناطیسی در یک شار شعاعی SRM به طور سینوسی در پیرامون شکاف هوا توزیع نمی شود، بلکه در اطراف قطب های برجسته، معمولاً با مقدار بیشینه بالاتر متمرکز می گردد. این امر منجر به نیروهای شعاعی قوی می شود و نیروهای مخالف را بر روی استاتور ایجاد می کند و منجر به ایجاد نویز آکوستیک و لرزش می شود.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

 مشخصات موتورهای کششی

 

نقش باتری ولتاژ بالا و روش کنترل اینورتر

 

همانطور که در شکل 5.78 نشان داده شده، یک سیستم محرک معمولی با موتور کششی از باتری ولتاژ بالا، اینورتر سه فاز، موتور سه فاز، پمپ خنک کننده، مبدل حرارتی و کنترل کننده موتور تشکیل شده است. باتری ولتاژ بالا  DC  وابستگی زیادی به دما دارد؛ از این رو در طراحی موتور ولتاژ باتری در بهترین و بدترین حالت در نظر گرفته می شود. توانDC  ولتاژ بالای باتری توسط اینورتر سه فاز به توان AC تبدیل می شود. همانطور که در شکل 5.79 نشان داده شده است، روش های زیادی برای انجام این تبدیل وجود دارد. انتخاب روش کنترل اینورتر، تأثیر زیادی در گشتاور و بازده موتور دارد. انتخاب استراتژی کنترل اینورتر نشان می دهد که ولتاژ یکسان در باس DC می تواند 27٪ اختلاف در گشتاور/ توان خروجی ایجاد کند.

5.7.2. انتخاب مغناطیس، اثر دما و مغناطیس زدایی

اکثر موتورهای کششی، ماشین هایPM  هستند که دارای NdFeB PM در روتور می باشند. همانطور که در بخش 5.5 بحث شده است، این مغناطیس ها نسبت به دما بسیار حساس هستند. به عنوان مثال، برای تغییر دمای مغناطیس از °C20 به °C160، 46٪ افت در گشتاور خروجی وجود دارد.

شکل 5.78. سیستم محرک موتور الکتریکی.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.79.خروجی گشتاور موتور برای استراتژی های مختلف کنترل اینورتر.

مغناطیس زدایی، نکته دیگری است که به طور مستقیم با دمای روتور و حداکثر جریان استاتور مرتبط است. در مشخصات طراحی، اگر موتور بطور دست بالا برای شرایط مغناطیس زدایی طراحی شده باشد، این بدان معنی است که مغناطیس مورد استفاده دارای وادارندگی مغناطیسی/ ضخامت بالایی است و از این رو هزینه موتور افزایش زیادی دارد. از سوی دیگر، اگر موتور در شرایط مغناطیس زدایی طراحی شده باشد، آنگاه در بدترین حالت این امکان وجود دارد که مغناطیس ها کاملاً تخریب شده و در نتیجه باعث از بین رفتن دائمی عملکرد موتور می شود.

دمای استاتور تأثیر مستقیمی بر مقاومت و تلفات سیم پیچ دارد. معادله کلی که شانس مقاومت در رساناها را به عنوان تابعی از دما شرح می دهد، در معادله 5.32 نشان داده شده است. ماشین های PM معمولاً دارای دمای عملیاتی °C100 هستند و تغییر مقاومت ناشی از آن می تواند یک عامل بسیار مهم برای اتلاف و کارآیی مس باشد.

5.7.3. گشتاور دندانه‌ای و ریپل گشتاور

گشتاور دندانه‌ای و ریپل گشتاور، شاخص های مهمی برای عملکرد نویز و لرزش و همچنین نرمی چرخش روتور محسوب می شوند. ریپل گشتاور که در یک برنامه کاربردی مشخص شده، می تواند نتایج بهتر یا بدتری را برای یک برنامه کاربردی دیگر به ارمغان آورد. این امر به این دلیل است که کاهش یا افزایش پویایی در ریپل گشتاور محرک وجود دارد و تا حد زیادی به محل قرارگیری موتور در گیرنده بستگی دارد. داده های ریپل گشتاور اندازه گیری شده در فرکانس های پایینتر از رزونانس، مقادیر واقع گرایانه ای هستند. داده های ریپل گشتاور در فرکانس های پایین تر از رزونانس، اغلب به سطح بسیار وسیعی افزایش یافته است. ریپل گشتاور اندازه گیری شده در فرکانس های بالاتر از رزونانس، کاهش یافته است. باید هنگام نوشتن مشخصات ریپل گشتاور از درجه بندی مشابه (افزایش/کاهش) استفاده کرد. مشخصاتی که برای یک ریپل گشتاور بسیار پایین نیاز است شامل چولگی استاتور یا روتور یا برخی از ملاحظات دیگر طراحی برای کاهش ریپل گشتاور می باشد که منجر به کاهش عملکرد و کارایی و افزایش هزینه سیستم می شود. از سوی دیگر، داشتن ارزش ریپل گشتاور بالاتر در مشخصات می تواند منجر به بروز نویز و لرزش شود.

عملکرد مکانیکی در مقابل عملکرد الکتریکی

 

عملکرد ساختاری و الکتریکی به طور معکوس با موتور کششی مرتبط است. از این رو، طرح دست بالا یا ضعیف عملکرد مکانیکی اهمیت زیادی ندارد. همانطور که در شکل 5.34 نشان داده شده، داشتن حداقل ضخامت پل اطمینان می دهد که شار نشتی کاهش می یابد و برای دستیابی به عملکرد مشابه به مغناطیس کمتری نیاز می باشد، اما منجر به ایجاد روتوری می شود که از نظر ساختاری ضعیف است (به شکل 5.80 رجوع کنید). این می تواند به شکست منجر شود. از سوی دیگر، شار نشتی می تواند در صورت افزایش ضخامت پل برای پایداری ساختاری بیشتر، افزایش یابد و این امر منجر به استفاده از مغناطیس بیشتر برای دستیابی به عملکرد موتور مشابه می شود. این امر باعث افزایش هزینه موتور می شود.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

 

شکل 5.80. عملکرد مکانیکی در مقابل عملکرد الکتریکی.

5.7.5. تحمل انتقال و مواد

تحمل مواد و انتقال، نقش مهمی در تصمیم گیری در مورد ضخامت شکاف هوا دارد. مقادیر اسمی شکاف هوا در موتورهای کششی بین 0.5 تا 1 میلی متر می باشد. اگر تحمل ها بیش از حد مشخص شده باشند، این امر می تواند منجر به طراحی موتور با شکاف هوای بیشتر و افزایش نسبت جریان/ مغناطیس برای بدست آوردن عملکرد لازم در موتور شود. این امر هزینه موتور را افزایش می دهد. از سوی دیگر، اگر تحمل ها مناسب در نظر گرفته نشوند، می توانند منجر به طراحی موتور با شکاف هوای بسیار کوچک شود. این می تواند منجر به نقص موتور شود.

در نهایت، ممکن است مهندس طراحی موتور بتواند موتور را با کمترین هزینه طراحی کند. در این حالت، هزینه سیستم نباید کم باشد. از سوی دیگر، اگر بتوان یک موتور با بهره وری بالاتر و هزینه بیشتر طراحی کرد، در این صورت می توان به هزینه پایین تر باتری و خنک کننده کمک کرد و این امر می تواند به کاهش هزینه سیستم کمک کند. بنابراین، بسیار واضح است که برای نوشتن مشخصات مناسب موتور، به رویکردی در سطح سیستم نیاز می باشد.

5.7.6. جزئیات ابعادی

در کاربردهای کششی، معمولاً موتور الکتریکی در داخل یک گیربکس قرار دارد که بر حداکثر طول و قطر موتور محدودیت قرار می دهد. ابعاد موتور به همراه حداکثر جریان RMS از اینورتر، ولتاژ باتری، دما و شرایط خنک کننده، باعث ایجاد گشتاور بیشینه و پیوسته می شود و نیازهای موتور را برآورده می نماید. معمولاً، دسته بندی پیوسته در حدود 50٪-60٪ از دسته بندی بیشینه است، اگرچه این امر تا حد زیادی به میزان خنک شدن موتور بستگی دارد.

 

5.7.7. الزامات مورد نیاز و ولتاژ DC

موتور باید در بیشترین میزان کارکرد وسیله نقلیه، موثر واقع شود. طبق الزامات مایل در هر گالن (mpg)، هدف از بیشینه کارآیی در موتورهای کششی، ایجاد جریانی در حدود 96٪ است. در صورتی که این بیشینه کارآیی در منطقه با سرعت بالا مد نظر باشد، معمولاً به ولتاژ بالاتر باتری نیاز است.

در سیستم محرک موتور، حداکثر ولتاژ DC توسط باتری تعریف می شود، در حالی که الزامات جریان بیشینه RMS  مبتنی بر دسته بندی اینورتر است. EMF بیشینه معکوس بر اساس ولتاژی مشخص شده که سوئیچ های اینورتر می توانند کنترل نمایند و برای جلوگیری از ایجاد خطای کنترل نشده لازم است.

 5.8. شرایط خطا در ماشین های  IPM

در یک سیستم محرک موتور کششی معمولی، یک مدار خطا برای تشخیص خطا ها و یک سنسور سرعت برای شناسایی سرعت موتور در نظر گرفته شده است. متداول ترین نوع خطای موتور در گیربکس هیبریدی شامل خطاهای مدار باز و اتصال کوتاه است. کنترل کننده موتور هنگام شناسایی خطای مربوطه، در اینورتر سه فاز از یک مدار اتصال کوتاه یا باز سه فاز استفاده می کند. هنگامی که سرعت موتور کمتر از سرعت انتقال و یک خطا شناسایی شده باشد، خطای اتصال کوتاه اعمال می شود. هنگامی که سرعت موتور PM بیشتر از سرعت انتقال و یک خطا شناسایی شده باشد، خطای مدار باز اعمال می شود.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

5.8.1 حالت تولید کنترل نشده

در پیکربندی معمولی محرک ماشین IPM از شش سوئیچ با دیودهای غیرموازی استفاده می شود. برای کنترل ماشین IPM و تحویل گشتاور مورد نیاز از اینورتر سه فاز استفاده شده است. در هر ماشینIPM ، با افزایش سرعت موتور، EMF معکوس ماشین افزایش می یابد. نمودار مدار باز EMF معکوس به عنوان تابعی از سرعت در شکل 5.81 نشان داده شده است.

دامنه EMF معکوسی که بطور خط به خط در موتور تولید شده به راحتی از ولتاژ باتری در حال کار با سرعت بالا، فراتر می رود. تا زمانی که سوئیچ های اینورتر به صورت کنترل شده کار می کنند، در عملیات با سرعت بالا مشکلی ایجاد نمی کند وEMF  معکوس ماشین به ولتاژ لینکDC  محدود می شود. در صورت بروز خطا در این عملیات با سرعت بالا، اینورتر خاموش خواهد شد. این بدان معنی است که سیگنال های گیت بطور کامل از این سوئیچ های کنترل شده خارج شده اند. این امر می تواند سبب ایجاد شرایطی شود که در آن EMF معکوس تولید شده توسط ماشین، می تواند بسیار بالاتر از ولتاژ لینک DC باشد. فازهای موتور می توانند با توجه به وجود دیودهای غیرموازی، جریان را از طریق دیودها و لینک dc هدایت نمایند. این شرایط خطا، ژنراتور کنترل نشده حالت (UCG) نامیده می شود و در شکل 5.82 نشان داده شده است.

5.8.2. خطای اتصال کوتاه

از بین خطا های مختلفی که می تواند در یک موتور اتفاق بیفتد، خطرناک ترین خطا به عنوان خطای اتصال کوتاه سه فاز در نظر گرفته شده است. در این حالت، موتور IPM به دلیل پیوند شار PM ، به عنوان ترمز عمل می کند و حرکت فرمان را محدود می کند.

در قاب مرجع همگامd-q ، ولتاژ ها توسط معادله 5.55 نشان داده شده و در آن پیوندهای شار محور d و q به شرح ذیل تعریف شده اند

(5.90)

 

شکل 5.81. EMF  معکوس مدار باز ماشین IPM در مقابل سرعت.

 

شکل 5.82. عملکرد مدار در حالت UCG.

در مورد اتصال کوتاه سه فاز معادله ذیل به دست می آید،

(5.91)

در اتصال کوتاه با حالت پایدار، جریان ها از مقدار اولیه (I _d0، I_q0 ) به سمت اتصال کوتاه در حالت پایدار حرکت می کنند و توسط آن معادلات 5.55 و 5.91 محاسبه می شود. با در نظر گرفتن مشتقات زمانی برابر با صفر، معادله 5.55 به صورت زیر در می آید

(5.92)

با جایگزین معادله 5.90 در معادله 5.92 معادله ذیل به دست می آید،

(5.93)

با جایگزینی معادلات در معادله 5.93، می توان به جریان های اتصال کوتاه محور dو q بدست یافت:

(5.94)

جریان اتصال کوتاه استاتور را می توان به شرح ذیل محاسبه کرد

(5.95)

با جایگزینی معادله 5.94 در معادله 5.95 ، معادله ذیل به دست می آید

(5.96)

 

(5.97)

وقتی ωyeild∞  باشد، معادله ذیل به دست می آید

(5.98)

بنابراین، جریان اتصال کوتاه با سرعت بسیار بالا را می توان به شرح ذیل محاسبه کرد

(5.99)

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.83 پاسخ گشتاور موتور را برای خطا های اتصال کوتاه و UCG و شکل 5.84 پاسخ جریان موتور را برای جریان اتصال کوتاه و جریان خطای UCG نشان می دهد.

5.9. آزمایش ماشین های الکتریکی

پیش بینی می شود موتورهای الکتریکی طراحی شده برای کاربردهای کششی در شرایط عملکردی سخت با عمر طولانی کار کنند. هنگامی که موتورهای کششی در وسیله نقلیه مونتاژ شود، با سایر مولفه های مکانیکی از جمله گیربکس، شافت و ترانسبل و در وسایل نقلیه الکتریکی هیبریدی، با موتور احتراق داخلی تعامل برقرار می نماید. ممکن است اعتبارسنجی مشخصات و عملکرد موتور، در طول آزمایش کامل وسیله نقلیه دشوار باشد. به همین دلیل از محیط دینامومتر استفاده شده است. شکل 5.85 محیط دینامومتر معمولی را نشان می دهد، که در آن ماشین کششی تحت آزمایش به صورت مکانیکی به ماشین داینومومتر متصل شده است. با کنترل اینورتر ماشین کششی و محرک ماشین داینومومتر و همچنین با اندازه گیری پارامترهای مختلفی از قبیل جریان، ولتاژ و دما می توان ویژگی های مختلف ماشین کششی از جمله گشتاور، سرعت، توان، افزایش دما و غیره را آزمایش کرد.

 

شکل 5.83. پاسخ گشتاور موتور (شرایط خطای اتصال کوتاه و UCG).

هدف از این آزمایش، اعتبار بخشی به عملکردی است که مشتری هنگام رانندگی وسیله نقلیه در چرخه های مختلف رانندگی و شرایط عملیاتی، تجربه خواهد کرد. موتورهای کششی برقی برای این مشخصات طراحی شده اند و بنابراین، ولتاژ ورودی، دمای محیط و شرایط خنک کننده موتور باید به طور مناسب در محیط آزمایش شبیه سازی شود. آزمایش تجربی ماشین کششی، اعتبار مشخصات خاص موتور را ارائه می دهد و محدودیت های عملیاتی کلاس حرارتی مشخص شده را نشان می دهد. به عنوان مثال، حداکثر دما در داخل ماشین برای عایق کلاس B تا °C130 محدود شده است، در حالی که برای عایق های کلاس F وH ، به طور قراردادی °C 155 و °C180 می باشد.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.84. پاسخ جریان فاز موتور (شرایط خطای اتصال کوتاه وUCG)

 

شکل 5.85. تنظیم دینامومتر معمولی برای آزمایش موتور کششیی (اقتباس شده از پی. ساواگیان، اس.ای اسچلوز و اس. هیتی، روش و سیستم آزمایش موتورهای الکتریکی، ثبت اختراع ایالات متحده 0025447 /2011 ، 3 فوریه 2011).

همانطور که در شکل 5.86 الف نشان داده شده است، هنگام آزمایش دسته بندی پیوسته، نتایج آزمایش باید عملکرد موتور کششی را برای مدت نامحدودی در حداکثر دمایی که زیر حد کلاس عایق تعیین شده، تأیید کند. همانطور که در شکل 5.86 ب نشان داده شده است، در یک شرایط سربار، در دوره زمانی مشخص، بیشینه دما باید پایین تر از بیشینه دمای کلاس عایق باشد. این بازه زمانی به عنوان زمان سربار برای تحویل گشتاور بیشینه تعریف شده است. علاوه بر این، آزمایش پویا برخی مشخصات دیگر از جمله حداکثر توان، حداکثر سرعت و توان و تراکم گشتاور را نیز تأیید می کند.

 در طی فرآیند آزمایش بمنظور اعتبار سنجی طرح، پارامترهای موتورهای کششی نیز به صورت آزمایشی اندازه گیری شدند. درPMSM ها، برای اندازه گیری مقاومت القایی محورd-q ،EMF  معکوس و مشخصات گشتاور از آزمایش های استاتیک استفاده شده است [22]. در ماشین های القایی، پارامترهای مدار معادل با استفاده از آزمایش مدار باز و اتصال کوتاه شناسایی شدند [23]. معمولاً مشخصات مقاومت القایی در SRM ها، براساس خصوصیات استاتیک پیوند شار یا گشتاور تأیید می شود [24].

 

شکل 5.86. افزایش دما در شرایط پیوسته و سر بار. (الف) عملکرد پیوسته و (ب) وضعیت سربار.

 

 5.10. سایر پیکربندی های ماشین

ماشین های الکتریکی بر اساس اصول الکترومغناطیسی که در بخش 5.2 مورد بحث قرار گرفته، کار می کنند و بر اساس این اصول می توان پیکربندی های مختلفی را برای تولید گشتاور در ماشین طراحی نمود. PMSM، ماشین القایی و SRM ها متداول ترین تنظیمات مورد استفاده برای برنامه های کششی هستند و اصول عملیاتی آنها به تفصیل در بخش 5.6 مورد بحث قرار گرفته است. در اینجا، برخی از توپولوژی های ماشین با تأکید بر مزایا و چالش های آنها به طور خلاصه مورد بحث قرار خواهد گرفت.

 

شکل 5.87.موتور رلوکتانسی سنکرون.

سفارش ترجمه تخصصی رشته مهندسی برق

شکل 5.88. ساختار ماشین شار متقاطع PM (تک فاز).

5.10.1. ماشین رلوکتانسی سنکرون

تولید گشتاور در ماشین رلوکتانسی سنکرون (SyncRM) مشابهSRM ، مبتنی بر مشخصات رلوکتانس متغیر در شکاف هوا می باشد. موتور رلوکتانسی سنکرون هیچ مغناطیسی یا سیم پیچی بر روی روتور خود ندارد. همانطور که در شکل 5.87 نشان داده شده است، موانع هوا بین مقاومت القائی محور q و d تفاوت ایجاد می کند.

SyncRM برخلافSRM ، قطب های برجسته ندارد. mmf توسط سیم پیچ های توزیع شده بر روی استاتور ایجاد شده است. این مزیتSyncRM  است، زیرا ساختار مشابه استاتور و اینورتر را می توان مانند ماشین های القایی و PM در جایی مورد استفاده قرار داد که ماشین ها با تحریک جریان سینوسی هدایت می شوند [25]. در شرایط ایده آل، این امر سبب ایجاد توزیع چگالی شار مغناطیسی سینوسی در شکاف هوا می شود. SRM به دلیل وجود قطب های برجسته، با شکل موج جریان پالسی رانده می شود. بنابراین، چگالی شار در اطراف قطب ها متمرکز شده است؛ منجر به چگالی گشتاور بیشتر در SRM می شود.

از آنجا که SyncRM نیز مشابهSRM ، دارای یک منبع تحریک واحد است، عملکرد تولید گشتاور به ویژگی های مغناطیسی غیرخطی ماده هسته، هندسه روتور و از این رو طراحی ماشین وابسته است [26]. می توان بمنظور افزایش کارآیی، دستیابی به ضریب توان بالاتر و حفظ دامنه سرعت با توان پایدارتر،SyncRM  را بین لایه های روتور جا داد و به تولید گشتاورPM  ها کمک کرد. این نوع ماشین ها،SyncRM  های تقویت شده با  PM نامگذاری شده اند و معمولاً میزان PM مورد استفاده در آنها کمتر از ماشین های IPM است [27].