بهينه‌سازي چند هدفه مدل چند فيزيكه ماشين القايي كششي با رويكرد حرارتي براي كاربرد اتوبوس شهري

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير با افزايش سهم خودروهاي الكتريكي در بازار، عملكرد آنها نيز به طور متناسب بهبود يافته‌است. باتري، موتور و سيستم كنترل الكترونيكي به‌عنوان سه جز اصلي، تأثير قابل‌توجهي بر عملكرد بهينه خودروهاي الكتريكي دارند. يكي از مهم‌ترين مناطق مورد تحقيق كه كمتر توجهي به آن معطوف شده است، تجهيز ماشين‌آلات ترابري سنگين به محركه الكتريكي است كه نقش حياتي در دستيابي به محيطي با انتشار گازهاي گلخانه‌اي كاهش يافته دارد زيرا اين ماشين‌ها انرژي بيشتري نسبت به خودروهاي الكتريكي سبك مصرف مي‌كنند. به‌طور ذاتي، مشخصه توان و گشتاور بالا همراه با دامنه تغييرات سرعت بالا، تطبيق ماشين‌هاي الكتريكي مرسوم با اين وسايل را به‌شدت چالش‌برانگيز و دشوار مي‌سازد. بنابراين چالش پيش رو براي رسيدن به انطباق حداكثري، وجود مولفه‌هاي متناقض با يكديگر براي دستيابي به يك ماشين بهينه و مرتبط با كاربرد خواهد بود. از اين جهت، ارائه يك فرآيند بهينه سازي چندهدفه پارامترهاي ماشين الكتريكي كه بتواند تمام گستره‌هاي فيزيكي ماشين، نظير الكترومغناطيسي، حرارتي و مكانيكي را در بر داشته باشد، مسير دستيابي به طراحي بهينه را هموار مي‌كند. در اين پايان‌نامه فرآيند توليد ماشين القايي كششي با طراحي بهينه، مورد استفاده در اتوبوس برقي شهري، به طوريكه تمام ابعاد فيزيكي ماشين را در بر داشته باشد ارائه شده‌است. بر اين اساس در اين پايان‌نامه در ابتدا مدلي چند فيزيكه و يكپارچه براي تحليل ماشين القايي كششي 200 كيلووات، ساخت شركت صنايع ماشين‌هاي الكتريكي جوين (جمكو) ارائه مي‌شود، از آنجايي كه رفتار ماشين كششي القايي بسيار پيچيده و غيرخطي است، براي درك آثار متقابل ورودي‌ها و خروجي‌هاي فرآيند، ماشين توسط تحليل حساسيت بررسي مي‌شود تا مهم‌ترين پارامترهاي ورودي كه سهم عمده‌اي از تغييرات در پاسخ‌هاي خروجي را به خود اختصاص مي‌دهند شناسايي، و تأثير پارامترهاي ورودي كم اهميت در فرآيند را به حداقل برساند. اين تحليل، تأثير قابل توجهي بر اخذ تصميمات مناسب در ايجاد مصالحه حين طراحي ماشين خواهد داشت. پس از آن براي ساده سازي هرچه بيشتر رفتار غيرخطي ماشين، به‌منظور كاهش زمان محاسبات در كنار دقت معقول، استفاده از مدل‌هاي تقريبي متناسب با هر پاسخ خروجي در بستر فرامدل پيش‌بين كه توانايي يافتن مجموعه مدل‌هاي تقريبي بهينه را دارد صورت‌مي‌گيرد تا چابكي فرآيند محاسباتي بهينه‌سازي چندهدفه به حداكثر برسد. در مرحله بعد با انجام بهينه‌سازي چندهدفه به يافتن بهترين طراحي در فضاي طراحي‌هاي موجود پرداخته مي‌شود. طراحي برگزيده حين تقيد به شروط عملكردي ماشين، بايد بهترين طرح از نظر شاخص‌هاي برازش و توابع هدف باشد؛ در اين بررسي سه تابع هدف كه در طراحي خودروهاي الكتريكي به‌عنوان يك سامانه متشكل از بار مكانيكي، مبدل الكترونيك قدرت و ماشين الكتريكي به كار مي‌رود، استفاده شده‌است؛ اين سه تابع هدف، مقدار حجم فعال ماشين، بازده آن در طي سيكل وظيفه و صد البته هزينه صرف شده در توليد ماشين مي‌باشد. از آنجايي كه بررسي ماشين در گستره عملكردي و سيكل وظيفه آن به يافتن حدود مكانيكي و مخصوصاً حرارتي ماشين مي‌انجامد، حضور آن به‌عنوان يكي از شاخص‌هاي برازندگي آن‌قدر ضروري به نظر مي‌رسد كه سيكل‌هاي وظيفه متفاوتي براي اين شاخص پيشنهاد شده، با اين حال اكثر اين داده‌ها مربوط به خودروهاي الكتريكي سبك هستند؛ در اين پايان‌نامه براي مرتفع ساختن اين مشكل، سيكل وظيفه مناسب اتوبوس‌هاي شهري ارائه و به كار گرفته‌شده است. در پايان، نتايج به‌دست آمده از فرآيند بهينه‌سازي به‌طور تفصيلي بررسي مي‌شود و به‌منظور اعتبارسنجي و شناخت ميزان دقت فرآيند پيشنهادي، روش اجزاء محدود مورد استفاده قرار مي‌گيرد و مقدار بهبود طراحي پيشنهادي محك زده مي‌شود.

236546

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان