فهرست مطالب
نشریه الکترومغناطیس کاربردی
سال دهم شماره 2 (پیاپی 25، پاییز و زمستان 1401)
- تاریخ انتشار: 1401/08/07
- تعداد عناوین: 12
-
-
صفحات 1-11در این مقاله یک مدل محاسباتی دو بعدی به منظور مطالعه همه پدیده های ضروری در یک ته نشین کننده صفحه ای یک مرحله ای ساده با درنظرگرفتن عکس العمل های متقابل بین میدان الکتروستاتیکی، میدان شارش، باردار شدن ذرات و حرکات آشفته آن ها پیاده سازی شد. در گام اول این مقاله، ضمن ارایه ارتباطات میان میدان های الکتروستاتیکی، دینامیک ذرات و دینامیک سیال به تبیین مدل ریاضی میدان کرونا، شارش هوا و حرکت ذرات پرداخته است. در ادامه، به تحلیل شرایط الکتریکی (میدان الکتریکی و بار فضایی) و الگوی شارش القاشده توسط عکس العمل متقابل باد یونی و شارش گاز اصلی در مدل مورد مطالعه پرداخته شده است. هم چنین، ضمن بررسی مسیر حرکت و انباشته شدن ذرات، توزیع ته نشینی آن ها در کانال مورد بررسی قرار گرفته و راندمان جزیی ذرات با قطرهای مختلف محاسبه شده است. در ادامه، اثر شارش الکتروهیدرودینامیکی بر راندمان تجهیز بررسی شده است. نهایتا، با در نظر گرفتن توزیع نرمال لگاریتمی برای ذرات در ورودی کانال ته نشین کننده، اثر غلظت های متفاوت ذرات در ورودی بر راندمان کلی تجهیز آنالیز شده است. این مدل در نرم افزار کامسول شبیه سازی شده است.کلیدواژگان: ته نشین کننده الکتروستاتیکی، غلظت ذرات، رسوب دهنده الکتروستاتیکی، روش اجزاء محدود، شارش الکتروهیدرودینامیکی
-
صفحات 13-22برقگیرها در راستای حفاظت عایقی تجهیزات فشارقوی و خطوط شبکه قدرت بکار گرفته می شوند. با توجه به وجود و یا عدم وجود سیم گارد در خطوط انتقال، برقگیرها به منظور کاهش اضافه ولتاژهای ایجاد شده نقش مهمی را ایفا می کنند. در این مقاله عملکرد برقگیر با فاصله هوایی خارجی با در نظر گرفتن مقادیر مختلف مقاومت زمین و همچنین اثر یونیزاسیون خاک مورد بررسی قرار گرفته است. تاثیر پارامترهای ضربه صاعقه از جمله زمان پیشانی و پشت موج بر اضافه ولتاژهای ایجاد شده، شکست عایقی زنجیره مقره و انرژی جذب شده در برقگیر برای خط انتقال 63 کیلوولت بدون سیم گارد در نرم افزار EMTP-ATP شبیه سازی و مطالعه شده است. با در نظر گرفتن اثر سیستم زمین، استفاده از برقگیر با فاصله هوایی نتایج بهتری را در مقایسه با برقگیر معمولی برای شبکه دارد. همچنین، برقگیر ها در شبکه انتقال بدون سیم گارد دارای عملکردی متفاوت از شبکه دارای سیم گارد است. نتایج نشان داده است که برقگیر با فاصله هوایی خارجی در مقایسه با برقگیر بدون فاصله هوایی از عملکرد حفاظتی بهتری در جذب انرژی و کاهش اضافه ولتاژ در این نوع از شبکه ها برخوردار است.کلیدواژگان: برقگیر با فاصله هوایی خارجی، مقاومت زمین، تخلیه الکتریکی، ضربه صاعقه، انرژی جذب شده
-
صفحات 23-34
فراماده به عنوان ساختاری مصنوعی، ماکروسکوپیک و به طور موثر همگن (با میانگین اندازه سلول بسیار کوچکتر از طول موج هدایت) تعریف می شود. در ادبیات الکترومغناطیس، پاسخ یک سیستم به یک میدان الکتریکی یا مغناطیسی تا حد زیادی توسط مشخصات مواد مورد بحث تعیین میشود. دو نمونه از این مشخصات مایکروسکوپیک ، ضرایب نفوذپذیری الکتریکی و مغناطیسی هستند که هردو در مواد معمولی مثبتند. با چینش آرایهای از سیمهای فلزی، میتوان ضریب گذردهی الکتریکی منفی و با چینش آرایهای از ساختارهای متناوب تشدیدکننده حلقه های شکافته میتوان ضریب نفوذپذیری مغناطیسی منفی به دست آورد. برای مدلسازی ساختارهای فرامواد از معادلات انتگرالی میدان الکتریکی یا میدان مغناطیسی استفاده می شود که بر پایه روش عددی ممان قابل بررسی هستند. یکی از مزایای این روش این است که تنها به قطعه بندی منبع میپردازد، البته حافظه ی مورد نیاز متناسب با اندازهی هندسه ی ساختار افزایش مییابد. برای رفع این ایراد امروزه ازروش های جایگزینی مانند روش چند قطبی سریع (یک سطحی و چندسطحی) استفاده می شودکه در این روش ها علاوه برمنبع، توابع پایه و نقاط مشاهده نیز قطعه بندی می گردند. در این مقاله با استفاده از معادلات انتگرالی سطحی و اعمال روش چندقطبی سریع چند سطحی به روش ممان، بررسی تفرق و محاسبه میدانهای پراکندگی از برخی سطوح فرامواد انجام می شود و نشان داده می شود که زمان محاسبات نسبت به روش ممان مستقیم، حدود 75 درصد کاهش می یابد.
کلیدواژگان: فراماده، روش ممان، معادلات انتگرالی سطحی، روش چند قطبی سریع چند لایه -
صفحات 35-53
روش های استاندارد برای اندازه گیری بازده موتورهای الکتریکی به دو روش مستقیم و غیر مستقیم تقسیم می شود. تامین شرایط و تجهیزات مورد نیاز این روش ها برای اندازه گیری بازده موتورهای الکتریکی در حین کار، معمولا به سهولت میسر نیست. در این شرایط، برای اندازه گیری بازده موتورهای سه فاز القایی، از روش های تخمین برخط بازده این موتورها می توان استفاده نمود. به این صورت که با استفاده از اندازه گیری متغیرهای الکتریکی، شامل جریان، ولتاژ، توان و ضریب توان موتور، توان خروجی موتور تخمین زده می شود. روش های تخمین برخط بازده موتورهای سه فاز القایی به چهار دسته روش لغزش، روش جریان، روش مدار معادل الکتریکی و روش تخمین گشتاور فاصله هوایی تقسیم می شود. در این بین، دو روش مدار معادل الکتریکی و تخمین گشتاور فاصله هوایی، دقت مناسبی برای محاسبه بازده موتورهای سه فاز القایی دارند. در این مقاله، مطالعات قبلی انجام شده برای تخمین بازده موتورهای سه فاز القایی در حین کار، با استفاده از دو روش مدار معادل الکتریکی و تخمین گشتاور فاصله هوایی، مرور می شود.
کلیدواژگان: موتور سه فاز القایی، بازده، گشتاور فاصله هوایی، مدار معادل الکتریکی، تلفات بادخوری و اصطکاک، تلفات بار پراکنده -
صفحات 55-70
در اکثر قریب به اتفاق تحقیقات پیشین انجام شده برروی پرتاب کننده های الکترومغناطیسی ریلی، یا مطالعه ی دو بعدی از طریق شبیه سازی به روش اجزاء محدود صورت گرفته است؛ و یا در صورت مطالعه ی سه بعدی، حرکت آرمیچر و پرتابه به طور همزمان در نظر گرفته نشده است. با توجه به اهمیت موضوع و لزوم مطالعه دقیق رفتار این نوع از پرتاب کننده های الکترومغناطیسی، در این مقاله شبیه سازی ها و مطالعات به صورت کاملا سه بعدی و همراه با درنظرگیری حرکت آرمیچر انجام شده است. در این مقاله، دو پرتابگر الکترومغناطیسی ریلی با آرمیچر جامد، که دارای هندسه و ابعاد مختلف می باشند، به صورت کاملا سه بعدی و همراه با حرکت آرمیچر، شبیه سازی و تحلیل شده و از منظر کمیت های فیزیکی مختلف با یکدیگر مقایسه می گردند. کمیت های اساسی در پرتابگرهای الکترومغناطیسی ریلی شامل توزیع چگالی جریان الکتریکی، توزیع چگالی شار مغناطیسی، گرادیان اندوکتانس، نیرو و فشار وارد بر آرمیچر و ریل ها، سرعت دهانه و توزیع حرارت می باشند که با تغییر هندسه و ابعاد ریلگان این کمیت ها نیز دستخوش تغییر می شوند. در شبیه سازی ها از نرم افزار قدرتمند COMSOL Multiphysics استفاده شده است که دارای توانایی حل مسایل درگیر با چند پدیده فیزیکی مختلف، به روش تحلیل اجزای محدود (FEM) می باشد. درنهایت، با توجه به نتایج حاصل از شبیه سازی ها، تحلیل و مقایسه های لازم صورت گرفته و برتری نسبی هریک از ساختارهای تحت مطالعه، از منظر کمیت های فوق الذکر ارایه شده است.
کلیدواژگان: پرتاب کننده الکترومغناطیسی (EML)، ریلگان، روش اجزای محدود (FEM)، گرادیان اندوکتانس -
صفحات 71-79در این مقاله به منظور بهبود نوسانات گشتاور در چرخ دنده مغناطیسی شار شعاعی با نسبت تبدیل عدد صحیح، از روش مورب سازی قطب روتور داخلی سرعت بالا استفاده شده است. این طراحی با شکل دهی به توزیع میدان مغناطیسی در فاصله هوایی مقابل روتور داخلی در راستای محوری و شعاعی، موجب کاهش نوسانات گشتاور می گردد. به منظور مقایسه روش پیشنهادی، طراحی بهینه شکل-دهی شعاعی نیز در روتور مذکور بررسی می گردد. روش های ارایه شده با استفاده از الگوریتم ژنتیک به منظور بدست آوردن بیشینه چگالی گشتاور و کمترین نوسانات گشتاور مورد بهینه سازی قرار می گیرند. نتایج با استفاده از نرم افزار المان محدود سه بعدی مورد مقایسه قرار گرفته و برتری روش شکل دهی محوری در آن نشان داده شده است.کلیدواژگان: چرخ دنده مغناطیسی، شکل دهی محوری قطب، شکل دهی شعاعی قطب، نوسانات گشتاور، چگالی گشتاور، المان محدود
-
صفحات 81-91ماشین های شار معکوس (FRM) به علت وجود آهنربای دایم در دندانه استاتور و ساختار یکپارچه روتور ، ویژگی های ماشین های سنکرون با آهنربا دایم و ماشین های سوییچ رلوکتانس را در خود ادغام کرده است. در این مقاله یک نمونه ماشین شار معکوس250 واتی با تعداد 12 شیار استاتور و 17 دندانه روتور طراحی شده است. با استفاده از روش بهینه سازی تاگوچی و به کمک نرم افزار Minitab ، ماشین شار معکوس طراحی شده جهت دستیابی به کمینه ریپل گشتاوری و بیشینه گشتاور خروجی بهینه سازی شد. مهم ترین دستاورد این مقاله بهینه سازی با برنامه ریزی دقیق روش تاگوچی برای تعیین ترکیب بهینه پارامترهای موردنظر و همچنین انطباق قابل قبول نتایج پیش بینی شده با نتایج حاصل از شبیه سازی نرم افزار Altair Flux هست.کلیدواژگان: طراحی بهینه، موتور شار معکوس، روش تاگوچی، گشتاور رلوکتانسی، ریپل گشتاور، گشتاور دندانه ای
-
صفحات 93-104ماشین Vernier PM1 به عنوان یک ماشین با گشتاور بالا و سرعت پایین شناخته می شود که دارای مزایای مختلفی از جمله چگالی گشتاور بالاتر، حجم ماده PM کمتر، گشتاور دندانه ای پایین تر، بهبود کارایی و ساختار ساده تر و مقاوم تر در مقایسه با سایر ساختارهای ارایه شده بر مبنای مغناطیس دایم می باشد. این ماشینها گزینه مناسبی برای استفاده در خودروهای الکتریکی هستند. یکی از ساختارهای ارایه شده که برای این منظور مناسب است، ساختار ماشین Dual-Stator Consequent-Pole Vernier PM است که چگالی گشتاور بالا، مشخصات کارکردی مطلوب و حجم آهنربای مصرفی کمتری دارد. اما برای طراحی کامل این ساختار باید مطالعات مکانیکی شامل مطالعات حرارتی و ارتعاشی نیز روی ساختار الکترومغناطیسی طراحی شده صورت گیرد. اهمیت این مسیله به دلیل هندسه متفاوت ماشین های شار شعاعی معمولی، نیروهای مغناطیسی نامتعادل و محدودیت های مکانیکی و حرارتی می باشد. در این مقاله، طراحی سیستم انتقال حرارت و ساختار مکانیکی ماشین DS-CP-VPM صورت گرفته و مطالعات حرارتی و ارتعاشی انجام شده است. متغیرهای طراحی بر اساس آنالیز حساسیت با استفاده از روش اجزای محدود انتخاب شده اند. چندین محدودیت طراحی در ابعاد هندسی، چگالی جریان و چگالی شار مغناطیسی در مناطق مختلف و نیروهای مکانیکی درنظر گرفته شده است. نتایج حاصل برای یک ماشین 10 کیلو وات با گشتاور 2 کیلو نیوتن متر برای کاربرد وسیله نقلیه الکتریکی با استفاده از روش اجزای محدود سه بعدی تایید می شود. در این مقاله تجزیه و تحلیل حرارتی - مکانیکی موتور مورد نظر را انجام داده و نتایج شبیه سازی در نرم افزار Comsol مورد ارزیابی قرار می گیرد.کلیدواژگان: ماشین Vernier PM، تجزیه و تحلیل حرارتی &ndash، مکانیکی، روش اجزای محدود، نرم افزار Comsol
-
صفحات 105-113
فناوری لیزر الکترون آزاد، یکی از مناسب ترین گزینه ها جهت دست یابی به تابش همدوس با توان و کیفیت بالا در محدوده طول موج های کوتاه به ویژه XUV و X به شمار می رود. یکی از مهمترین مشکلات در ساخت لیزرهای الکترن آزاد طول موج X، بزرگ و حجیم بودن سیستم لیزر الکترون آزاد می باشد. از این رو، بخش قابل توجهی از تحقیقات لیزر الکترون آزاد طول موج کوتاه، در ارتباط با توسعه روش ها و تکنیک های کوچک سازی و افزایش توان تابشی سیستم می باشد. در این مقاله، عملکرد لیزر الکترون آزد در محدوده طیف تابشی XUV یا X نرم مورد بررسی قرار گرفته و راهکارهایی در جهت کاهش طول و افزایش توان تابشی آن ارایه شده است. بدین منظور، روش هایی مانند تولید هماهنگ های بالاتر تابشی و پیش دسته بندی باریکه الکترونی مورد بررسی قرار گرفته اند. برای جبران کاهش توان تابشی هماهنگ سوم، از روش کشیدگی دامنه میدان ویگلر جهت تقویت و افزایش توان میدان تابشی استفاده شده است. بر اساس شبیه سازی های سه بعدی صورت گرفته با استفاده از کد MEDUSA، مشخص شد که در صورت، استفاده از روش کشیدگی میدان ویگلر، توان تابش اشباع به میزان قابل ملاحظه ای افزایش پیدا می-کند. همچنین نشان داده شد که پیش دسته بندی پرتو الکترونی، علاوه بر تقویت توان تابشی می تواند باعث تسریع در فرآیند رشد میدان تابشی و در نتیجه کاهش طول اشباع در لیزر الکترون آزاد شود. بنابراین، استفاده از روش پیش دسته بندی باریکه الکترونی به همراه کشیدگی میدان ویگلر می تواند نقش بسیار مهمی در کوچک سازی و تقویت توان تابشی لیزر الکترون آزاد داشته باشد.
کلیدواژگان: لیزر الکترون آزاد، هماهنگ تابشی، پیش دسته بندی باریکه الکترونی، کشیدگی میدان ویگلر -
صفحات 115-124
برای افزایش امنیت مراکز مهم، استفاده از حسگرهای تشخیص حضور الزامی است. برای ایجاد عملیات خرابکارانه توسط دشمن در این گونه مراکز، اولین قدم تخریب ادوات شناسایی است. قطعات الکترونیکی مورداستفاده در حسگرهای دارای حساسیت بسیار زیادی در مقابل امواج پرقدرت الکترومغناطیسی مانند (HPEM), (UWB) و (EMP) هستند. برای به دست آوردن میزان تخریب حاصل شده درنتیجه حملات الکترومغناطیسی به وسیله نرم افزار المان محدود (COMSOL MULTYPHYSIC) یک نمونه حسگر، شبیه سازی و میزان آسیب پذیری آن بررسی شده است. نتایج نشان دهنده تخریب قطعات الکترونیکی موجود حسگر درزمان حملات صورت گرفته می-باشد. پارامترهای همچون زاویه تابشی و یا نزدیکی المان های به کارگرفته شده در حسگر می تواند افزایش و یا کاهش تخریب پذیری هدف تاثیرگذار باشد. در این مقاله به بررسی عوامل موثر پرآسیب پذیری قطعات در زمان گسیل شدن امواج الکترومغناطیس پرقدرت پرداخته خواهد شد و درنهایت میزان تخریب نشان داده خواهد شد.
کلیدواژگان: امواج EMP-UWB-HPEM، امواج الکترومغناطیس، شکست الکتریکی -
صفحات 125-138
در این مقاله، با در نظر گرفتن تاثیر میدان مغناطیسی محوری یکنواخت قوی در تانسور گذردهی الکتریکی پلاسما، میدان های الکترومغناطیسی و نتایج دیگری در یک موج بر با دیواره ی فلزی و با سطح مقطعی به شکل منحنی پیت هاین که حاوی پلاسمای سرد و به شدت مغناطیده است، با استفاده از یک تقریب مناسب تحقیق و بررسی می شوند. در ابتدا با معرفی موج بر پیت هاین، معادله ی موج الکترومغناطیسی در این نوع موج بر، با استفاده از یک تقریب مناسب و به روش جداسازی متغیرها، به صورت دو معادله ی دیفرانسیلی مجزا، ارایه می شود. سپس میدان های الکتریکی و مغناطیسی و همچنین معادله ی پاشندگی برای مدهای TM و TE در یک موج بر پیت هاین با دیواره ی فلزی که حاوی پلاسمای سرد به شدت مغناطیده است محاسبه و معادلات پاشندگی و میدان های به دست آمده ترسم می شوند. در ادامه حرکت یک الکترون تزریق شده به داخل این موج بر و تاثیر میدان مغناطیسی محوری یکنواخت قوی بر انرژی الکترون بررسی می شود. معادلات حرکت و انرژی الکترون در موج بر پلاسمایی پیت هاین و در حضور میدان مغناطیسی محوری یکنواخت قوی نوشته می شوند و با استفاده از روش رانگ کوتای مرتبه ی چهار برای مدهای TM و TE حل می گردد. مسیر حرکت و انرژی جنبشی الکترون تزریق شده به موج بر برای هر دو مد به صورت گرافیکی موردتحقیق قرارگرفته اند.
کلیدواژگان: موج بر پلاسمایی پیت هاین، امواج الکترومغناطیس، رابطه ی پاشندگی، شتاب الکترون -
بررسی و ساخت لایه ترکیبی پالادیوم-مس به عنوان لایه جاذب حسگر گاز هیدروژن مبتنی بر فیبر نوری نازک شدهصفحات 139-145
در این پژوهش به بررسی تاثیر پارامتر لایه جاذب بر روی حساسیت حسگر گاز هیدروژن مبتنی بر فیبر نوری نازک شده پرداخته شده است. ابتدا با استفاده از فیبر نوری تک مد و با روش کشش و شعله، فیبر نوری نازک شده تهیه شد. سپس با استفاده از روش کندوپاش مغناطیسی دو نمونه لایه پالادیوم و پالادیوم-مس به عنوان لایه جاذب بر روی فیبرها به صورت یکطرفه لایه نشانی شد. نتایج آنالیز طیف سنجی پراکندگی انرژی پرتو ایکس (EDX) نشان داد که درصد نسبت پالادیوم به مس در سطح نمونه 53/97 به 47/2 درصد است. انجام تست حسگری برای درصدهای مختلف گاز هیدروژن نشان داد که لایه ترکیبی پالادیوم-مس (Pd97. 53Cu2. 47) به عنوان لایه جاذب حساسیت کمتری در مقایسه با لایه جاذب پالادیوم تنها دارد و به طور نوعی درصد تغییرات توان خروجی در حضور 3 درصد گاز هیدروژن برای حسگرهایی با لایه جاذب پالادیوم-مس 38/3 % و برای حسگرهایی با لایه جاذب پالادیوم 77/16 % به دست آمد. اما در هر حال، تغییرات پاسخ لایه ترکیبی پالادیوم-مس بر خلاف لایه پالادیوم، نسبت به مقدار هیدروژن محیط خطی بود.
کلیدواژگان: حسگر گاز هیدروژن، فیبرنوری نازک شده، حسگر نوری، حسگر فیبر، لایه جاذب، پالادیوم-مس، کند و پاش مغناطیسی
-
Pages 1-11In this paper, a two-dimensional computational model is implemented to study all the necessary phenomena in a simple one-stage plane depositor by considering the interactions between the electrostatic field, the flow field, the charge of the particles and their turbulent motions. In the first step of this paper, while presenting the connections between electrostatic fields, particle dynamics and fluid dynamics, the mathematical model of the corona field, air flow and particle motion is explained. In the following, the electrical conditions (electric field and space charge) and the induced flux pattern are analyzed by the interaction of ion wind and the main gas flux in the studied model. Also, while examining the path of movement and accumulation of particles, their sediment distribution in the channel is investigated and the partial efficiency of particles with different diameters is calculated. In the following, the effect of electrohydrodynamic flux on the efficiency of the equipment is investigated. Finally, considering the normal logarithmic distribution for particles at the input of the sediment channel, the effect of different concentrations of particles at the input on the overall efficiency of the equipment is analyzed. This model is simulated in COMSOL software.Keywords: particle concentration, electrostatic precipitator, Finite Element Method, electrohydrodynamic flow
-
Pages 13-22Surge arresters are used to protection of high voltage equipment and power transmission lines. Due to the presence or absence of shielding wire in transmission lines, surge arresters play an important role in reducing overvoltages. In this paper, the performance of an external gap arrester is investigated by considering different values of ground resistance and also the effect of soil ionization. The effect of lightning strike parameters such as rise time and tail time on overvoltage, insulator failure and energy absorbed in surge arrester for 63 kV transmission line without shielding wire has been simulated and studied in EMTP-ATP software. Considering the effect of the ground system, the use of external gap line arresters has provided better results compared to conventional arresters. Also, the surge arresters in the transmission line with shielding wire have a different operation from the transmission line without it. The results show that the surge arrester with an external gap compared to the surge arrester without gap has a better protective performance in absorbing energy and reducing overvoltage in this type of transmission line.Keywords: External gap line arrester, Ground resistance, Flashover, lightning strike, Absorbed energy
-
Pages 23-34
Metamaterial is defined as an artificial, macroscopic, and effectively homogeneous structure (with an average unit cell size much smaller than the guide wavelength). In the electromagnetic literature, the response of a system to an electric or magnetic field is largely determined by the characteristics of the materials in question. Two examples of these microscopic properties are the electric permittivity and magnetic permeability coefficients, both of which are positive in ordinary materials. By arranging an array of metal wires, a negative electric permittivity can be obtained, and by arranging an array of periodic split ring resonator structures, a negative magnetic permeability coefficient can be obtained. To model metamaterial structures, integral equations of electric field or magnetic field are used, which can be studied based on the numerical method of moment. One of the advantages of this method is that it only segregates the source, although the required memory increases in proportion to the size of the geometry of the structure. To solve this problem, today, alternative methods such as fast multipole method (single level and multi-level) are used, which in addition to the source, the basic functions and observation points are also segmented. In this paper, using surface integral equations and multi-level fast multipole method, the diffraction and calculation of scattering fields of some metamaterial surfaces are investigated and the importance of this method compared to the direct moment method is greatly reduced in the computation time, approximately 75%.
Keywords: Metamaterial, Moment Method, Surface Integral Equations, Multi Level Fast Multipole Method -
Pages 35-53
The standard methods for determining the efficiency of electric motors have been divided into two distinct categories; direct and indirect methods. Usually, it is difficult to prepare all necessary facilities and requirements for measuring the efficiency of in-service electric motors. Meanwhile, some online efficiency estimation methods have been developed for three-phase induction motors that can be used in necessity. In these methods, the output power of the three-phase induction motor is estimated by measuring electrical signals of the motor including current, voltage, active power, and power factor. Three-phase induction motor's in-service efficiency estimation methods are divided into four categories including slip method, current method, equivalent circuit method, and air gap torque method. The two latter mentioned methods have enough accuracy in comparison with the standard methods. In this article, previous literature on online and in-service efficiency estimation methods of three-phase induction motors, based on the equivalent circuit method and the air gap torque method are reviewed.
Keywords: Three phase induction motor, Efficiency, air gap torque, equivalent circuit method, friction, windage loss, stray loss -
Pages 55-70
In the vast majority of previous research on electromagnetic rail launchers, either the two-dimensional analysis have been performed by finite element simulation, or in the case of three-dimensional study, armature and projectile motion have not been considered simultaneously. Due to the importance of the subject and the need to carefully study the behavior of this type of electromagnetic launchers, in this paper, simulations and analysis are performed in a completely three-dimensional manner, taking into account the armature motion. In this paper, two solid armature electromagnetic rail launchers, which have different geometry and dimensions, are simulated and analyzed in a completely three-dimensional manner, taking into account the armature motion, and compared in terms of different physical quantities. The main quantities in electromagnetic rail launchers include electric current density distribution, magnetic flux density distribution, inductance gradient, force and pressure on armature and rails, muzzle velocity and heat distribution, which are also changed by changing the geometry of the armature. In simulations, the powerful COMSOL Multiphysics software is utilized, which has the ability to solve the problems involved with several different physical phenomena, using the finite element analysis (FEM) method. Finally, according to the results of the simulations, the necessary analysis and comparisons have been made and the relative superiority of each of the structures under study in terms of the above quantities is presented.
Keywords: ElectroMagnetic Launcher (EML), Railgun, Finite Element Method (FEM), Inductance Gradient -
Pages 71-79In this paper, in order to improve the cogging torque in the radial flux magnetic gear with integer gear ratio, the axial pole skew technique has been used. This design reduces cogging torque by shaping the distribution of the magnetic field in the air gap of inner rotor in the axial and radial directions. In order to compare the proposed method, the optimal design of radial shaping in inner high speed rotor is also investigated. The introduced methods have been optimized using genetic algorithm in order to obtain the maximum torque density and the minimum cogging torque. The results are compared using 3-D finite element method and the superiority of the axial shaping method is shown in it.Keywords: magnetic gear, axial pole shaping, radial pole shaping, Cogging Torque, torque density, Finite Element Method
-
Pages 81-91Flux Reversal Machine (FRM) integrates the features of permanent magnet synchronous machines and switch reluctance machines due to the presence of permanent magnets in the stator tooth and the robust structure of the rotor. In this paper, a model of a 250-watt flux reversal machine with 12 stator slots and 17 rotor teeth is designed. Using the Taguchi optimization method with the help of Minitab, the flux reversal machine is designed to achieve minimum torque ripple and maximum output torque. The most important achievement of this paper is optimization with precise planning of the Taguchi method to determine the optimal combination of the desired parameters as well as acceptable compliance of the predicted results with the simulation results of Altair Flux.Keywords: Optimal design, Flux Reversal Motor, Taguchi method, Reluctance torque, Torque ripple, Cogging Torque
-
Pages 93-104The Vernier PM machine is known as a machine with high torque and low speed, which has several advantages such as higher torque density, lower PM material volume, lower gear torque, improved performance and simpler and more durable structure compared to other structures based on the magnet is permanent. These machines are a good option for use in electric vehicles. One of the proposed structures that is suitable for this purpose is the structure of the Dual-Stator Consequent-Pole Vernier PM machine, which has high torque density, optimal functional characteristics and lower magnet consumption. But for the complete design of this structure, mechanical studies including thermal and vibration studies must be done on the designed electromagnetic structure. This is important because of the different geometry of conventional radial flux machines, unbalanced magnetic forces, and mechanical and thermal constraints. In this paper, the design of heat transfer system and mechanical structure of DS-CP-VPM machine has been done and thermal and vibration studies have been performed. Design variables were selected based on sensitivity analysis using the finite element method. Several design limitations in geometric dimensions, current density and magnetic flux density in different areas and mechanical forces have been considered. The results are confirmed for a 10 kW car with a torque of 2 KN for the application of an electric vehicle using the three-dimensional finite element method. In this paper, the thermal-mechanical analysis of the engine is performed and the simulation results in Comsol software are evaluated.Keywords: Vernier PM machines, Thermo-Mechanical Analysis, Finite Element Method, Comsol Software
-
Pages 105-113
Free electron laser technology is one of the most suitable options to achieve high power, coherent radiation in the range of short wavelengths, especially XUV and X. One of the most important challenges in construction of short-wavelength free electron lasers is the large dimension of the system. Therefore a significant part of free electron laser researches is concentrated on length reduction and radiation enhancement of the system. In this paper, the performance of free electron lasers in the range of XUV or soft X is investigated and some techniques for minimizing and radiation enhancement of the system are presented. For this purpose, methods such as using higher harmonics of the radiation field and pre-bunched injecting electron beam into the wiggler are proposed. To compensate for the decrease in the radiation power of the third harmonic, the wiggler tapering method was used to amplify the radiation field. Based on three-dimensional simulations performed using the MEDUSA code, it was observed that wiggler tapering can increase radiation power significantly. It was also found that using a pre-bunched electron beam can amplify saturation power and accelerate the growth process of the radiation field and thus reduce the saturation length of the free electron laser. Therefore, tapering of the wiggler field along with the beam pre-bunching method can play a very important role in length reduction and amplification of the radiation field of short-wavelength free electron laser.
Keywords: Free Electron Laser, Radiation harmonics, Electron beam pre-bunching, Wiggler field tapering -
Pages 115-124
Sensors are one of the most vulnerable electronic devices to high-power electromagnetic waves such as (HPEM), (UWB), and (EMP). To achieve such effects, a model of the effect of electromagnetic interference has been proposed. The susceptibility of such components to waves by finite element software (COMSOL MULTYPHYSIC) is simulated and vulnerability has been investigated. The results show the destruction of electronic components in the sensor during attacks. When the frequency of the pulse carrier is similar to the operating frequency of the target, it will be much higher. Parameters such as the angle of radiation or the proximity of the elements used in the sensor can also increase or decrease the degradability of the target. In this paper, the factors affecting the vulnerability of components during the emission of high-powered electromagnetic waves will be investigated and finally, the degree of damage will be shown.
Keywords: UWB-HPEM waves, Electromagnetic waves, Electrical malfunction -
Pages 125-138
In this paper,considering the effect of a strong uniformly axial magnetic field on the plasma dielectric tensor, electromagnetic fields and other results in a waveguide with a metal wall with a cross-section in the shape of a Piet Hein curve containing cold and strongly magnetized plasma is investigated using an appropriate approximation. First, by introducing the Pitt Hein waveguide, the electromagnetic wave equation in this type of waveguide is presented , using a suitable approximation and by separating the variables, as two separate differential equations. The electric and magnetic fields as well as the dispersion relations for the TM and TE modes are then calculated in a Piet Hein waveguide with a metal wall containing strongly magnetized cold plasma, and the dispersion relations and resulting fields are plotted., Next, the motion of an injected electron into this waveguide and the effect of a strong uniformly axial magnetic field on the electron energy is investigated. The electron motion and energy equations are written in the Pitt Hein plasma waveguide in the presence of a strong uniform axial magnetic field and are solved using fourth-order Runge Kutta method for TM and TE modes. The motion path and kinetic energy of the electrons injected into the waveguide have been graphically investigated for both modes.
Keywords: Piet Hein plasma waveguide, Electromagnetic Fields, Dispersion Relation, Electron Acceleration -
Pages 139-145
In this research, the effect of adsorbent layer on the hydrogen gas sensing of tapered optical fiber sensors has been investigated. First, the taperd optical fiber is prepared by heating and pulling a single mode optical fiber. Then, by using magnetic sputtering method, two samples of palladium and palladium-copper layers were deposited on one-side of the surface of the fiber as an adsorbent layer. The results of X-ray energy dispersion spectroscopy analysis (EDX) showed that the ratio of palladium to copper in the sample area is 97. 53 to 2. 47%. Sensor operation tests for different percentages of hydrogen gas showed that the palladium-copper composite layer (Pd97. 53Cu2. 47) demonstrates lower sensitivity in comparison to the palladium layer Typically, the percentage change in output power in the presence of 3% hydrogen gas was 3. 38% for sensors with palladium-copper adsorbent layer and 16. 77% for sensors with palladium adsorbent layer. But anyway the response of the composite layer to different hydrogen precentages exposure is linear, in contrast to the palladium layer which shows a nonlinear behavior.
Keywords: Hydrogen sensor, Tapered optical fiber, Optical sensor, Fiber sensor, Absorbent layer, Palladium-copper, Magnetic sputtering