در ادامه آموزش انجام پاياننامه و رساله ارشد و دکتری در رشته های مختلف در این بخش یک نمونه پروپوزال آماده رشته برق با موضوع بررسی کاهش نویز در موتورهای القایی ارائه شده است. دانشجویان رشته برق می توانند با ذکر منبع از این پروپوزال جهت انجام پاياننامه و رساله ارشد و دکتری خود استفاده نمایند.
بررسی کاهش نویز در موتورهای القایی
تاثیرات ارتعاش و نویز بر عملکرد موتورهای القایی و چگونگی کاهش آن ها؟
بیش از 65 درصد انرژی الکتریکی در کشورهای پیشرفته توسط موتورهای الکتریکی مصرف می شود. موتورهای القایی سال ها در رشته های مختلف صنعتی بکار رفته اند که اخیرا جستجوی مناسب ترین موتور برای یک کاربرد خاص و سیستم درایو موجود مورد توجه است.
امروزه نسبت به نیم قرن پیش، موتورهای الکتریکی با چگالی شار مغناطیسی زیاد در فاصله هوایی طراحی می شوند که باعث تولید نیروهای مغناطیسی چرخشی زیاد می شود و بر روی استاتور تاثیر می گذارد که غالبا با لرزش و نویزهای بالایی همراه است. از طرفی هوای احاطه شده و تحریک شده مرتعش می شود و به این ترتیب نویز آکوستیکی با قدرت بسیار کم ایجاد می گردد.
با افزایش چگالی شار و همچنین افزایش نیازهای زیست محیطی برای موتورهای القایی با نویز پائین، پیش بینی نویز به موضوع مهمی تبدیل شده است که ملزم می کند تا طراحان موتور های القایی، عوامل پیدایش ارتعاش، صوت و نویز را شناسایی و تاثیرات آن ها را پیش بینی و در کاهش و مقابله با رفتار مخرب آن ها چاره جویی نمایند.
نویز در موتورهای القایی بر اساس منبع تولید آن به سه بخش طبقه بندی می شود:
1) منبع مکانیکی 2) منیع الکترومغناطیسی 3) منبع آیرودینامیکی
نویز و ارتعاش مکانیکی به ساختار مکانیکی در استاتور و رتور ارتباط دارد. در اصل به علت نقص در ساختمان، یاتاقان، حلقه های لغزان، محور، و همچنین نامتعادل شدن موتور و مشکلات شفت و کوپلینگ و... می باشد؛ لذا روتور باید طوری بالانس باشد که بتواند ارتعاش را کاهش دهد.
نویز و ارتعاش الکترومغناطیسی با تولید میدان الکترومغناطیسی ایجاد می شود و به علت تاثیرات هارمونیک های فضایی و زمانی، گریز از مرکز، متعادل نبودن فاز، ایجاد سوراخ و شکاف، اشباع مغناطیسی و ... ایجاد می گردد.
هارمونیک های نیرومحرکه مغناطیسی، زمانی، شیاری، اشباع مغناطیسی و... باعث تولید گشتاور و نیروهای هارمونیکی مزاحم می شوند. امواج نیروهای شعاعی مخصوصا در بعضی از ماشین ها باعث تغییر شکل جریان مغناطیسی می شود. اگر فرکانس نیروی شعاعی با فرکانس نیروی طبیعی استاتور نزدیک یا برابر باشد، سیستم فرکانس استاتور باعث ایجاد رزونانس شده و عمدتا باعث تغییر شکل استاتور، ارتعاش و نویزهای صوتی می شود.
اصلی ترین منبع نویز آیرودینامیکی مربوط به فن یا تهویه ( بخصوص در سیستم های تهویه، هواساز) می باشد که هر مانع در جریان هوا قرار داشته باشد ایجاد نویز می کند. براساس توزیع طیفی، نویز موجود در فن به دو نوع (1-نویز با فرکانس 100-10000 هرتز 2-نویز مربوط به صدا) تقسیم می شود که نویز مربوط به صدا، با افزایش فاصله بین پروانه موتور و قسمت ساکن حذف می شود.
تحقیقا پیش بینی نویز به دلیل تبدیل قسمت کوچکی از انرژی الکتریکی به انرژی آکوستیکی، مشکل تر از نمودار های گشتاور_سرعت است و از این رو تحلیل پارامترهای آکوستیکی بسیار دشوار است.
علاوه بر محاسبات الکترومغناطیسی و اقتصادی، سطح نویز و لرزش نیز قابل بررسی می باشد و نهایتا نیروی الکترومغناطیسی تحلیل می شود تا فرآیند طراحی کاهش نویز پیشنهاد شود.
برای پیش بینی نویز در ماشین های الکتریکی دو روش وجود دارد:
روش جبری: محاسبه نیروی الکترومغناطیسی تاثیرگذار با استفاده از مدل تحلیلی الکترومغناطیسی یا FEM
روش آماری: روش مناسب برای محاسبه نویز فرکانس بالا، آنالیز انرژی آماری SEA بوده که در سیستم های مکانیکی قابل استفاده است.
عناصر هارمونیک که از ترکیب قطب و شیار تولید می شوند، در طراحی اولیه تحلیل می شود و فرمول از هندسه و ترکیب تعداد قطب و شیار محاسبه می شود.
در طراحی بهبود یافته یا دقیق تر، فرکانس طبیعی و نحوه مونتاژ موتور محاسبه می شوند و کاهش نویز برای بررسی ویژگی های مکانیکی و الکتریکی تحلیل می شود.
ضمنا به بررسی موارد زیر نیز می پردازیم:
میدان های مغناطیسی و نیروهای شعاعی در موتورهای چندفازه تغذیه شده با جریان سینوسی، تحلیل لرزش استاتور
شناخت منابع، محاسبات، اندازه گیری و دقت در پیش بینی لرزش و نویز
حدود نویز و فرایند اندازه گیری آن برای موتورهای القایی
کنترل نویز
این موضوع با وجودی که از اهمیت بالایی برخوردار است اما از طرفی تحلیل و کنترل آن بسیار دشوار می باشد؛ لذا تحقیقات عموما پیرامون این مسئله گستره وسیعی ندارد؛ اما با این وجود سال ها تحقیقات گوناگون درباره کاهش نویز و ارتعاش موتورهای القایی انجام شده و تحلیل های متعدد در این حوزه در طول سال ها توسعه یافته است.
مثلا شارهای هارمونیک از طریق پیچه های جستجو و تحلیل المان محدود بررسی شده اند. از این شارهای هارمونیک، محاسبه الکترومغناطیس با استفاده از معادلات تنش ماکسول امکان پذیر است.[2,1]
اکثر متون با نیروهای الکترومغناطیسی و مدهای آن سروکار دارند. کاکو، مدهای نیروهای الکترومغناطیسی و مدهای فرکانس طبیعی در ماشین های القایی را تحلیل کرد.[3,1]
عوامل ایجاد نویز به صورت مبسوط توضیح و راه حل های پیشنهادی اعم از طراحی یک مدار مناسب الکترومغناطیسی، طراحی یک سطح پایین چگالی شار مغناطیسی در فاصله هوایی، طراحی ویژگی های مکانیکی برای جلوگیری از تشدید، طراحی یک روتور مناسب اسلات منحرف ساز، یکنواختی شکاف هوایی )جلوگیری گریز از مرکز)، هارمونیک بالا از ولتاژ منبع تغذیه، در سه بخش طراحی، ساخت و مونتاژ همچنین عملیات شرح داده شده است[5,4].
در طراحی اولیه، تحقیقات برای کاهش نویز و ارتعاش بر طبق ترکیب تعداد قطب و شیار انجام می شود.
نویز به وسیله نیروی الکترو مغناطیسی نظیر نیروهای شعاعی و مماسی که هسته استاتور را معیوب می کنند، ایجاد می شوند؛ برای کاهش لرزش و نویز ناشی از تاثیرات هسته از طراحی بهینه استاتور قطب و یوغ استفاده می شو [6,1].
اینورتر هم یک سهم تعیین کننده در تولید نویز الکترومغناطیسی در موتور القایی دارد مخصوصا در تغییر فرکانس های زیر 3.6 کیلوهرتز و همچنین در درایو، نویز مغناطیسی می تواند بزرگترین منبع نویز برای موتورهای دو قطب و چهار قطب باشد که تحلیل و محاسبه شده است[7].
با استفاده از تحلیل هارمونیک فضا، ترکیب تعداد قطب و شیار تعیین می شود. جریان فاز سینوسی فرض می شود و عملکردهای نسبی شیارهای استاتور و رتور بررسی می شوند. طراحی برای کاهش مد پائین تر فضای هارمونیک انجام می شود[8].
مدل اولیه، ویژگی های الکتریکی و مکانیکی را برآورده نمی کند؛ بنابراین طرح دقیق تری برای بهبود مدل اولیه انجام می شود.
در طراحی بهبود یافته، نیروی الکترومغناطیسی، ویژگی های مکانیکی نظیر فرکانس طبیعی هر مد، تغییر شکل استاتور و نویز با استفاده از محاسبه می شوند. برای کاهش عناصر مد پائین تر فضای هارمونیک، رتور منحرف شده بکار می رود و روش تحلیل با بررسی رتور منحرف شده پیشنهاد می شود[11,10,9].
آزمایش نویز بر روی موتور القایی انجام و نتایج اندازه گیری می شود.
فرآیند طراحی برای کاهش نویز موتورهای القایی ارائه می شود.
شبیه سازی طرح پیشنهادی انجام می پذیرد.
تفاوت نتایج آزمایش و شبیه سازی کم تر از 7% می باشد.
• تاثیرات ارتعاش و نویز بر عملکرد موتورهای القایی و چگونگی کاهش آن ها؟
• شناخت منابع نویز در موتورهای القایی
• تحلیل لرزش استاتور
• محاسبات و اندازه گیری لرزش و نویز
• کنترل نویز
به طور کلی در هر مکانی به خصوص صنعت که از موتورهای القایی استفاده می شود، پدیده نویز از اهمیت فوق العاده ای برخوردار است و همچنین در دانشگاه ها و موسسات آموزشی جهت فراگیری تئوری کاهش ارتعاش، صوت و نویز کاربرد دارد.
طراحی برای فرآیند کاهش نویز بهبود یافته و دقیق تر شده است؛ به این صورت که ، فرکانس طبیعی و نحوه مونتاژ موتور محاسبه می شوند و کاهش نویز برای بررسی ویژگی های مکانیکی و الکتریکی تحلیل می شود.
1. موتور القایی معرفی می شود.
2. تعاریف و مفهوم حقیقی ارتعاش، صوت و نویز عنوان می شود.
3. منابع تولید و انتشار ارتعاش، صوت و نویز مورد بررسی قرار می گیرد.
4. محاسبات جبری و آماری پیش بینی نویز بیان می شود.
5. ابزارهای صوتی و ارتعاشی معرفی می شود.
6. محاسبات صوتی و آکوستیکی شرح داده می شود.
7. شیوه های کنترل نویز توضیح داده می شود.
8. روش ارتقا یافته و بهینه سازی شده به روش زیر تشریح می شود:
• مشخصات موتور ارائه می شود.
• روش تحلیلی بیان می شود.
• تحلیل طیفی برای چگالی شار شکاف هوا انجام می شود.
• تحلیل گذرا مطرح می شود.
• اثر انحراف رتور بررسی می شود.
• تحلیل رتور منحرف شده صورت می گیرد.
• فرکانس طبیعی محاسبه می شود.
• شبیه سازی می شود.
[1] Jacek. F. G, Chong. W, Joseph. Ch. (2006). Noise of Polyphase
Electric Motors. CRC Press: Taylor & Francis Group .
[2] Ishibashi F, Kobayashi K. (1990). Experimental study of harmonic mag neticflux of small squirrel cage induction motor, Elect. Eng. Jpn. vol. 110, No. 10, nov, pp. 118–127.
[3] Ishibashi F, Noda S, and Mochizuki M. (1998). Numerical simulation of electromagnetic vibration of small induction motor, IEE Proc. Power
Appl, vol. 145, No. 3, Nov. 6, pp. 528–534..
[4] Lauro S.N, Mello H.G.G. (2000). Acoustic noise in induction motors: causes and solutions, IEEE No. Pcic, 0-7803-6334, pp. 253-263.
[5] Cassoret B, Corton R, Roger D, and Brudny J.F. (2003). Magnetic Noise Reduction of Induction Machines, IEEE Transactions on power electronics, vol . 18, No. 2, march, pp. 570-579.
[6] Grabner C. (2008). Noise Reduction within Squirrel Cage Induction Motors by Utilizing Novel Stator Topologies, Proceedings of the International Conference on Electrical Machines, IEEE 978-1-4244-1736.
[7] Wang Z. X, Chang, C. S, Chua T. W, and Tan W. W. (2009). Ensemble and Individual Noise Reduction Method for Induction-motor Signature Analysis,
IEEE, Advances in Power System Control, Operation and Management, 8th International Conference on, 8-11 Nov, pp. 1-6.
[8] Le Besnerais J, Lanfranchi V, Hecquet M,and Brochet P. (2009). Optimal Slot Numbers for Magnetic Noise Reduction in Variable-Speed Induction Motors, IEEE Transations on Magnetics, vol. 45, No. 6, July, pp. 3131 – 3136.
[9] Jung J, Lee S, Lee G, Hong J, Lee D,and Kim K. (2010). Reduction Design of Vibration and Noise in IPMSM Type Integrated Starter and Generator for HEV, IEEE Transations on Magnetics, vol. 46, No. 6, June, pp. 2454-2457.
[10] Jin Kim D, Woo Jung J, Pyo Hong J, Jin Kim K, and Jun Park C. (2012). A Study on the Design Process of Noise Reduction in Induction Motors, IEEE Transations on Magnetics, vol. 48, No. 11, pp. 4638-4641.
[11] Lim S, Min S, and Hong J. (2013). Optimal Rotor Design of Surface-mounted Permanent Magnet Motor for Vibration Reduction, International Conference on the
Computation of Electromagnetic Fields, Budapest. Hungary ,30 June, pp. 1-5.
درصورت نیاز به مشاوره و آموزش انجام پاياننامه و رساله کارشناسی ارشد و دکتری در رشته برق با ما در ارتباط باشید.
انجام پایان نامه مدیریت استراتژی کلان فرصتی است برای تحلیل عمیق تعامل بین سیاست&z [...]
آیا به دنبال انجام پایان نامه با موضوع صادرات و واردات هستید؟ آکادمی بن سینا همرا [...]
صفر تا صد پایان نامه مدیریت فرایندی چندمرحلهای است که از انتخاب موضوع آغاز [...]
برگزاری تکمیل ظرفیت آزمون استخدامی آموزش و پرورش 1403؛ به زودی [...]
همراه ما باشید با آخرین اخبار پژوهشی کشور در بهمن ماه 1402. [...]
جدیدترین اخبار علمی کشور را می توانید اینجا در وبسایت آکادم [...]
آخرین اخبار علمی - پژوهشی کشور در ادامه به حضورتان ارائه می گردد. [...]
