الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.
قیمت
قیمت این مقاله: 38000 تومان
(ایران ترجمه - Irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره
۶۸
کد مقاله
ELC68
مترجم
گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh
نام فارسی
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای کاربردهای قلب مصنوعی
نام انگلیسی
Two Phase Brushless D.C. Motor For Artificial Heart Applications
تعداد صفحه به فارسی
۳۰
تعداد صفحه به انگلیسی
۸
کلمات کلیدی به فارسی
سیستم کمک قلب، BLDCM، آهنرباهای دائمی، کنترل بدون سنسور، متلب
دپارتمان مهندسی برق و الکترونیک، دانشگاه پلی تکنیک فلسطین
مرجع به انگلیسی
INTERNATIONAL JOURNAL OF BIOLOGY AND BIOMEDICAL ENGINEERING
کشور
فلسطین
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای کاربردهای قلب مصنوعی
چکیده
این مقاله تحلیل عملکرد موتور DC بدون جاروبک و با دو سیم پیچی فاصله هوائی برای یک سیستم کمکی بطن چپ قلب را ارائه می دهد. این سیستم پزشکی دربردارنده یک پمپ خون، یک پمپ سانتریفیوژی، یک موتور DC بدون جاروبک، یک سولنوئید، منبع تغذیه و کنترلهای مربوطه می باشد. موتور DC مربوطه بدون سنسور عمل میکند و طبق نیازمندیهای خاص یک دستگاه کمکی قلب قابل پیوند ساخته شده است. در اینجا اثر طرح آهنربای روتور روی عملکرد موتور رانشگر قلب مصنوعی مورد تحقیق قرار میگیرد، که در آن روتورهایی با طول و ضخامت های مختلف آهنربا، و همینطور زاویه های محیطی مختلف، همه در یک استاتور موتور واحد و با سرعت های مختلف چرخش، طراحی و شبیه سازی شدند. این شبیه سازی مبتنی بر محاسبه چگالی شار فاصله هوائی موتور می باشد، که با استفاده از یک روش میدان تحلیلی سه بعدی بدست آمده است. سپس، بازدهی موتور محاسبه میشود. نرم افزار متلب / MATLAB برای پیاده سازی روند محاسبه پارامترهای مورد نیاز استفاده گردید. نتایج نشان دادند که کاهش اندازه آهنربای روتور و افزایش فاصله هوائی بین آهنرباهای روتور و هسته سیم پیچ استاتور تاثیر قابل توجهی روی بازدهی موتور ندارد، ولی مقدار گشتاوری که در آن موتور به بالاترین بازدهی میرسد را کاهش خواهد داد؛ اما این باید با افزایش سرعت چرخش جبران شود، چرا که گشتاور نقطه بازدهی بالا به همراه سرعت چرخش افزایش می یابد. این نتایج شاید بتواند پایه ای برای توسعه آهنرباهای کوچک روتور، فاصله هوائی بزرگ و موتورهای بازدهی بالا برای رانش پمپ یک قلب مصنوعی فراهم آورد.
کلمات کلیدی: سیستم کمک قلب، BLDCM، آهنرباهای دائمی، کنترل بدون سنسور، متلب / MATLAB
۱- مقدمه
قلب مصنوعی (یا سیستم کمک قلب) کاربردهای بیشتر و بیشتری می یابد و موضوع تحقیق زیادی در سالهای اخیر شده است. معمولا، این سیستم عبارت است از یک نوع پمپ خون سانتریفیوژی که توسط یک موتور به کار می افتد. سیستم های کمک قلب در دو نوع بطن راست بطن چپ موجودند. دستگاه کمک بطن چپ خون را از رأس بطن چپ به آئورت پمپ میکند و در ۸۰% مواردی که پیوند قلب ضرورت دارد میتواند مفید باشد. بدلیل ریسک عفونت، یک دستگاه کمک قلب باید تماما قابل پیوند باشد. لذا، یک سیستم قابل اعتماد و با دوام بالا با کمترین حجم و وزن ممکن مورد نیاز است. سیستم کمک قلب بطن چپ از یک پمپ خون، یک پمپ سانتریفیوژی، یک موتور DC بدون جاروبک، یک سولنوئید، منبع تغذبه و کنترلهای مربوطه، طبق شکل ۱، ساخته شده است [۱,۲,۳]. موتور DC بدون جاروبک بازدهی بالا پمپ سانتریفیوژی را بکار می اندازد.
…
به منظور کاهش اندازه و وزن پمپ، بهبود طرح موتور دارای بیشترین اهمیت بود. ساده ترین راه کوچک کردن موتور عبارت است از کاهش اندازه آهنربای روتور و مطالعه تاثیر آن روی گشتاور و بازدهی موتور. نتایج بدست آمده بطور موفقیت آمیزی در طراحی یک مینی موتور جدید برای یک دستگاه پمپ قلب مصنوعی بکار گرفته شد.
موتورهای DC بدون جاروبک که توسط آهنربای دائمی تحریک میشوند (BLDCM) ، بدلیل مزایای عملکردیشان — نظیر کوچکی وزن و اندازه، بازدهی بالا، نویز و سرویس کم، بهبود قابلیت اطمینان و مشخصه های خیلی خوب کنترلی در یک دامنه سرعتی گسترده– بطور روز افزونی برای کاربردهای زیادی جذاب میشوند [۱۲,۱۴,۱۷,۱۸].
پرطرفدارترین موتورهای DC بدون جاروبک دارای سیم پیچی سه فاز [۸,۹] یا چهار فاز [۱۱] می باشند، که توسط یک مدار ترانزیستوری پل کامل کنترل و رانده میشوند [۱۳]. مشخصا، مدار الکترونیکی این انواع کلاسیک موتور DC بدون جاروبک با سه یا چهار سیم پیچی گران است لذا این نوع موتور نمی تواند در کاربردهای مصرفی مورد استفاده قرار بگیرد.
در این مقاله، یک موتور DC بدون جاروبک با دو سیم پیچی فاصله هوائی و روتور آهنربای دائم (PM) در چیدمانهای مختلف مورد ارزیابی قرار میگیرند [۵]. براین اساس، هزینه مدار الکترونیکی کاهش می یابد.
انواع دیگر موتورهای DC بدون جاروبک با یک فاز نیز وجود دارند [۶,۷]. آنها دارای یک ساختمان پیچیده و ریپل بالا و گشتاور کم می باشند؛ بنابراین، این موتورها برای این کاربرد مناسب نیستند.
حذف ترانسدیوسرهای موقعیت و سرعت در رانش های DC بدلائل چندی مطلوب هستند. ترانسدیوسرهای شفت، خودشان و، شاید حتی بیشتر، سیم کشی های مربوطه، منابع قابل توجهی برای عدم موفقیت و هزینه بالا هستند. اما، برای یک عمکرد خوب موتور DC آهنربای دائمی، موقعیت روتور با دقت بالائی باید مشخص شود. تلاش بسیاری در تحقیقات ، که در تعداد فراوان مقاله هایی که روی این موضوع کار میکنند منعکس شده است، برای پرهیز از استفاده از سنسور موقعیت در رانش های DC انجام پذیرفته است [۱۰,۱۵,۱۶]. در این مقاله، تکنیک ردیابی نیروی الکترومغناطیسی معکوس برای این منظور استفاده میشود. با استفاده از MATLAB، پارامترها و مشخصه های مختلف موتور تعیین میشوند.
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای قلب مصنوعی
۲- طراحی موتور و مدار تحریک آن
یک سیستم تماما پیوندی نیازمند یک رانش با حجم و وزن کوچک است. پارامترهای خاص آن عبارتند از: ۸۲۴ kW/m3 و ۵۸۹۶ Nm/m3. پمپ خون در سرعتهای بالا (۵۰۰۰ … ۷۰۰۰ rpm) در ترکیب با گشتاور بالا (۱۵ … ۲۰ mNm) کار میکند [۱]. موتور طراحی و ساخته شده با جرم خیلی کم آهنرباها و سیم پیچهای فاصله هوائیش در سرعت بالای و دامنه گشتاوری مورد نیاز کار میکند. برای طراحی بهینه موتور یک روش تحلیلی توسعه داده شده است. هدف یافتن بهترین پارامترهای طراحی برای استفاده بهینه از حجم موجود و رسیدن به بالاترین بازدهی در نقطه کار سیستولیک (۶۰۰۰ rmp, 15nNm) میباشد.
بلوک دیاگرام مدار رانش یک موتور DC بدون جاروبک دو فازه دو قطبه در شکل ۳ نشان داده شده است. ساختمان پایه ای این موتور نیز در شکل ۲ به نمایش درآمده است.
…
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای قلب مصنوعی
۳– چگالی شار فاصله هوائی
چگالی شار فاصله هوائی Bδ از یک روش تحلیلی سه بعدی در محاسبه میدان بدست می آید ، که مبتنی بر قاعده بیو ساوارات با بکار بردن قوانین آینه تحت تاثیر یوک آهن می باشد[۴].
۴- مدل سیستم
شکل ۱۰ نشان دهنده مدار معادل برای یک فاز است. زاویه α در شکل ۱۰ موقعیت عملی روتور را می دهد. حین سیم پیچی از طریق منبع dc با ولتاژ V دارای انرژی میشود، که در آن ولتاژ القا شده، همانطور که در شکل ۱۱ نشان داده شده است، مثبت میباشد.
…
۵- ولتاژها و جریان ها
چگالی شار مغناطیسی با اعمال روش های میدان سه بعدی بدست می آید. هر سیم پیچی با تعداد سیم پیچی ها، قطر متوسط سیم پیچی، طول عملی و پارامتر سیم پیچی مشخص می شود.
بنابراین، ولتاژ القاء شده را میتوان به صورت زیر نوشت:
…
۶- گشتاور
گشتاور ناخالص الکترومغناطیسی توسط رابطه زیر داده میشود [۱۰]:
به منظور تولید یک گشتاور پیوسته، دو فاز یا بیشتر باید به توالی دارای انرژی شوند. بنابراین، مقدار متوسط گشتاور Tave روی پریود (۰, ۲л) در طی زاویه حرکت جریان δ۰ را میتوان محاسبه کرد.
…
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای قلب مصنوعی
۷- شبیه سازی و نتایج
روش توصیفی قبلی به یک موتور DC دو قطبی دو فازه بدون جاروبک با سیم پیچ های فاصله هوائی و آرایش های مختلف آهنربای دائمی روتور اعمال شده است. روتور شامل یک ماده مغناطیسی رسوبی پر انرژیNd-Fe-B میباشد. ویژگی خاص این موتور DC بدون جاروبک این است که در آن از هیچ سنسور موقعیتی، نظیر پروب های هال یا سنسورهای مقاومت مغناطیسی استفاده نشده است. برای پیدا کردن موقعیت روتور از ولتاژ القاء شده در ترکیب با یک مدار الکترونیکی استفاده میشود. یک روش تحلیلی سه بعدی برای محاسبات میدان استفاده شد.
شبیه سازی مشخصه های حالت گذرا و ماندگار موتور با استفاده از نرم افزار معروف MATLAB انجام شد. چگالی شار لحظه ای فاصله هوائی Bδ در شکلهای ۱۲، ۱۳، ۱۴ و ۱۵ نشان داده شده است. براساس شکل ۱۲، طول آهنربای روتور فقط برای مقادیر کم طول آهنربا (L = 8 mm) قابل اهمیت است. در حالیکه، براساس شکل ۱۳، زوایای محیطی مختلف آهنربا روی شکل و مقادیر چگالی شار فاصله هوائی Bδ تاثیر دارد. روشن است که مقادیر Bδ با کاهش زاویه کوچکتر میشود. براساس شکل ۱۴، ضخامت شعاعی آهنربای روتور تاثیر زیادی روی توزیع چگالی شار Bδ دارد. شکل و مقادیر Bδ با کاهش ضخامت آهنربا برای طول ثابت فاصله هوائی کمتر میشود. این به این معنی است که این مقادیر با افزایش طول فاصله هوائی خیلی کوچکتر خواهند شد، همانطور که در شکل ۱۵ نشان داده شده است.
…
موتور DC دو فاز بدون جاروبک برای قلب مصنوعی
۸- نتیجه گیری
این مقاله تحلیلی از عملکرد یک موتور DC بدون جاروبک با دو فاز برای کاربرد پزشکی را ارائه داد. این نوع موتور دارای سیم پیچی های فاصله هوائی و آرایش های مختلف روتور آهنربای دائم Nd-Fe-B میباشد. برای محاسبه چگالی شار مغناطیسی فاصله هوائی، یک روش تحلیلی سه بعدی استفاده شد. با نتایج چگالی شار فاصله هوائی، مشخصه های موتور محاسبه شدند. این روش تحلیلی برای آشکار کردن اثر اندازه آهنربای روتور (طول محوری، ضخامت شعاعی و زاویه محیطی) و فاصله هوائی روی گشتاور و بازدهی موتور مورد استفاده قرار گرفت. تصدیق شد که اندازه روتور و فاصله هوائی اثر مهمی روی بازدهی موتور ندارند، اما مقدار گشتاور موتور که در آن بالاترین بازدهی حاصل می شود به همراه افزایش اندازه موتور و کاهش فاصله هوائی افزایش خواهد یافت. این به این معنی است که یک موتور با روتور کوچک و فاصله هوائی بزرگ میتواند به بازدهی بالا برسد، اما اگر موتور در نقطه بالاترین بازدهیش یا حوالی آن کار کند آنگاه گشتاور خروجی آن کاهش خواهد یافت.
خوشبختانه، این نقص را میتوان با افزایش سرعت چرخش موتور جبران نمود، چرا که نقطه بالاترین بازدهی دارای گشتاور خروجی زیادتری در سرعت بالاتر نسبت به سرعت پائین تر میباشد. نتیجه گیری میشود که ساخت یک موتور با روتور کوچک با فاصله هوائی بزرگ و گشتاور خروجی بزرگ و بازدهی بالا عملی است، مادامیکه سرعت چرخش به اندازه کافی زیاد باشد. سرعت چرخش فاکتور خیلی مهمی در طرح پمپ خون می باشد. بنابراین، طراحی موتور باید همزمان با توسعه پمپ انجام شود.
لطفا به جای کپی مقالات با خرید آنها به قیمتی بسیار متناسب مشخص شده ما را در ارانه هر چه بیشتر مقالات و مضامین ترجمه شده علمی و بهبود محتویات سایت ایران ترجمه یاری دهید.
