شماره ركورد
25815
شماره راهنما
ELE2 524
عنوان
طراحي، مدلسازي و تحليل موتور القايي پنج فاز
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي برق - الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي
دانشكده
فني و مهندسي
تاريخ دفاع
1404/11/07
صفحه شمار
122 ص.
استاد راهنما
آرش كيومرثي
استاد مشاور
بهزاد ميرزائيان دهكردي
كليدواژه فارسي
آناليز حساسيت، المان محدود، تحمل خطا، موتورالقايي پنج فاز، مدلسازي و شبيه سازي
چكيده فارسي
موتورهاي القايي جريان متناوب بهدليل سادگي ساختار، قابليت اطمينان و كارايي در طيف وسيعي از كاربردهاي صنعتي و خودرويي، از جمله اجزاي كليدي سامانههاي الكتريكي بهشمار ميروند. در مواجهه با توسعه مبدلهاي الكترونيك قدرت، افزايش تعداد فازها بهعنوان راهكاري مؤثر براي بهبود شاخصهاي عملكردي مانند كاهش ريپل گشتاور، افزايش تحمل خطا و بهبود توزيع جريان مطرح شده است. در ميان ساختارهاي چند فاز، ماشينهاي پنجفاز به واسطه توانمندي در پايداري عملكردي و امكان پيادهسازي راهبردهاي كنترلي جديد، گزينهاي چشمگير براي تحقيقات كاربردي و طراحي محسوب ميشوند. هدف اين پژوهش ارائه يك روند طراحي و مدلسازي عددي براي موتور القايي پنجفاز و بررسي اثرات اصلاح فرضيات طراحي بر تطبيق مدل با رفتار عملي است. اين پژوهش شامل معرفي دو رويكرد طراحي مستقل، پيادهسازي و اجراي شبيهسازيهاي المان محدود با استفاده از نرمافزار ماكسول، و در نهايت بازنگري و اصلاح فرضيات اوليه بر اساس نتايج شبيهسازي است. همچنين آناليز حساسيت جهت ارزيابي پايداري عملكرد تحت شرايط تغيير فركانس و حالات خطاي قطع يكفاز و دوفاز در دو مدل مرجع با فركانسهاي 20 و 30 هرتز انجام شد است.
در بخش طراحي، يك رويكرد مناسب بهدليل سازگاري بهتر با اهداف عملكردي انتخاب شده است. مدل انتخابي در محيط ماكسول براي حالات گذرا و ماندگار شبيهسازي شده است و كميتهايي نظير گشتاور، جريان فازي، تلفات هستهاي، تلفات سيم پيچي و بازده استخراج شده است. تحليل نتايج اوليه نشان داد كه برخي فرضيات آغازين سبب انحراف در پيشبيني كميتهاي كليدي ميشوند؛ لذا فرضيات اصلاح و شبيهسازيهاي بازبينيشده انجام شده است كه همگرايي مدل با رفتار مورد انتظار را بهبود بخشيده است. آناليز حساسيت نيز نواحي آسيبپذير نسبت به تغيير فركانس و قطع فاز را مشخص نموده است.
يافتهها نشان ميدهد انتخاب دقيق هندسه و فرضيات اوليه تأثير معناداري بر توزيع ميدان مغناطيسي، گشتاور و تلفات دارد و بازنگري سيستماتيك فرضيات طراحي موجب افزايش دقت مدلسازي ميشود. همچنين آناليز حساسيت، پايه مفيدي براي تدوين راهكارهاي كنترلي و سازهاي در جهت ارتقاي تحمل خطا و پايداري فراهم آورده است. با وجود محدوديتهايي از جمله اتكا عمده به شبيهسازي و فقدان دادههاي تجربي، نتايج اين پژوهش گامي منطقي در جهت درك بهتر و بهينهسازي موتورهاي پنجفاز بهشمار ميآيند. دو موتور القايي 20 و 30 هرتز با توان 250 وات طراحي و شبيهسازي شدند كه نتايج نشان داده است موتور 20 هرتز بهدليل شار مؤثر بيشتر، گشتاور نامي، ضريب قدرت و راندمان بهتري در شرايط نامي دارد. در مقابل، موتور 30 هرتز با ايجاد سرعت بالاتر، در برخي شرايط قطع فاز راندمان نسبي پايدارتري از خود نشان ميدهد و براي كاربردهاي سرعتمحور مناسبتر است.
كليدواژه لاتين
: Sensitivity Analysis, Finite Element Method, Fault Tolerance, Five-Phase Induction Motor, Modeling and Simulation
عنوان لاتين
Design, modeling and analysis of a five-phase induction motor
گروه آموزشي
مهندسي برق
چكيده لاتين
AC induction motors are key components of electrical systems due to their simple construction, reliability, and efficiency across a wide range of industrial and automotive applications. With the advancement of power electronic converters, increasing the number of phases has emerged as an effective means to improve performance indices such as torque ripple reduction, enhanced fault tolerance, and improved current distribution. Among multi-phase topologies, five-phase machines stand out as promising candidates for applied research and design because of their operational robustness and the opportunity to implement novel control strategies.This study presents a systematic design procedure and numerical modeling approach for a five-phase induction motor, and examines how revising initial design assumptions affects the agreement between the model and practical behavior. The investigation includes the introduction of two independent design approaches, implementation and execution of finite-element simulations using ANSYS Maxwell, and a subsequent revision of the initial assumptions based on simulation outcomes. In addition, a sensitivity analysis was performed to assess performance stability under frequency variation and under single-phase and two-phase open-circuit fault conditions, using two reference models operating at 20 Hz and 30 Hz.
In the design part, the second approach was selected because it better satisfied the performance objectives. The chosen model was simulated in ANSYS Maxwell for both transient and steady-state conditions, and quantities such as electromagnetic torque, phase currents, core losses, winding losses, and efficiency were extracted. Initial results indicated that some preliminary assumptions led to deviations in the prediction of key quantities; therefore those assumptions were revised and the simulations re-run, which improved the model’s agreement with the expected behavior. The sensitivity analysis also identified regions of vulnerability with respect to frequency change and phase loss.
The findings show that precise selection of geometry and initial assumptions has a significant effect on magnetic field distribution, torque, and losses, and that a systematic reassessment of design assumptions increases modeling accuracy. Moreover, the sensitivity study provides a useful basis for developing control and structural measures aimed at improving fault tolerance and operational stability. Despite limitations—chiefly a heavy reliance on simulation and the absence of experimental data—the results of this research represent a logical step toward a better understanding and optimization of five-phase induction machines. Two 20 Hz and 30 Hz induction motors with a rated output power of 250 W were designed and simulated, and the results indicate that the 20 Hz motor achieves higher rated torque, power factor, and efficiency under nominal conditions due to a higher effective magnetic flux. In contrast, the 30 Hz motor provides higher operating speed and demonstrates relatively more stable efficiency under certain phase-loss conditions, making it more suitable for speed-oriented applications
تعداد فصل ها
6
فهرست مطالب pdf
34681
نويسنده