در ناحیه توان ثابت توسعه یافته به روش جریان پیوسته
با بهره گرفتن از روش جریان پیوسته می توان ناحیه توان ثابت موتور سوئیچ رلوکتانس را افزایش داد و به تبع آن توان نامی مورد نیاز موتور الکتریکی بکار رفته در خودرو برقی را کاهش داد و این خود گام مهمی در جهت کاهش مصرف انرژی در یک خودرو برقی است. لیکن، محدودیت منابع انرژی در خودروهای برقی ایجاب می کند که مصرف انرژی تا آنجا که ممکن است کاهش یابد.
به همین علت در این فصل، بهبود عملکرد موتور سوئیچ رلوکتانس در ناحیه توان ثابت توسعه یافته بررسی می گردد. از آنجا که موتور سوئیچ رلوکتانس دارای ماهیت غیر خطی است، بهینه سازی عملکرد این موتور بر اساس روش های تحلیلی بهینه سازی امکان پذیر نیست. لذا، ابتدا عملکرد موتور در شرایط سرعت و گشتاور بار متفاوت و در ناحیه توان ثابت توسعه یافته بررسی گردید و نقاط کار بهینه مشخص شد. در ادامه نقاط کار معرفی شده مورد تحلیل قرار گرفته و توضیحاتی ارائه شده است که نشان می دهد عملکرد موتور در این نقاط کار منجر به بهبود عملکرد موتور خواهد شد.
۵-۱- تعیین روش بهینه سازی
تا کنون هیچ معادله مشخصی جهت محاسبه توان خروجی و راندمان موتور سوئیچ رلوکتانس بر حسب زوایای روشن و خاموش شدن فازها و جریان مرجع برای تنظیم جریان فازها ارائه نشده است. از آنجا که مشخصات موتور سوئیچ رلوکتانس کاملاً غیر خطی بوده و موتور همواره در اشباع مغناطیسی کار می کند، چنین رابطه تحلیلی و یا معادله مشخصی وجود ندارد. بنابراین بهینه سازی عملکرد موتور و یافتن زوایای کنترلی بهینه با بهره گرفتن از روش های تحلیلی امکان پذیر نیست. در مرجع ]۷[ زاویه روشن شدن بهینه به منظور دست یابی به حداکثر توان خروجی موتور در حالت عملکرد جریان پیوسته با بهره گرفتن از مدل خطی سازی شده موتور و روش تحلیلی بدست آمده است. در این روش مشخصه اندوکتانس به صورت خطی تقریب زده شده است. شکل ۵-۱ نشان می دهد که اندوکتانس ناحیه غیر همپوشانی، هنگامی که موتور در حالت عملکرد جریان پیوسته است، توسعه می یابد.

شکل ۵-۱- جریان فاز و اندوکتانس به ترتیب در ضرایب ۱ و ۱۰۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۸۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد
بنابراین تقریب خطی اندوکتانس و استفاده از روش های تحلیلی خطای قابل توجهی به دنبال خواهد داشت. علاوه بر آن در مرجع ]۷[ از مقاومت سیم پیچ صرفنظر شده است. در نتیجه جریان می تواند تا مقدار حداکثر بالا رود و برش جریان توسط تنظیم کننده جریان در هر سیکل اتفاق می افتد. این در حالی است که عملاً و هنگامی که مقاومت سیم پیچ در نظر گرفته شود مقدار حداکثر جریان به سطح برش در سرعت های بالا حتی با بهره گرفتن از روش جریان پیوسته نخواهد رسید. بنابراین نقطه کار بهینه ای که با بهره گرفتن از روش های تحلیلی و بر اساس مدل خطی ساده شده موتور محاسبه شود، عملاً منجر به عملکرد بهینه موتور در حالت کار واقعی نخواهد شد .
روش معمول بهینه سازی راندمان در حالت عملکرد جریان ناپیوسته، تحلیل موتور در شرایط کاری مختلف و بدست آوردن تغییرات راندمان بر حسب زاویه روشن شدن فازها، زاویه خاموش شدن فازها، و جریان مرجع و نهایتاً استفاده از جداول بدست آمده در هنگام کنترل بهینه موتور است ]۴۶-۴۸[. در این تحقیق نیز جهت بهبود عملکرد موتور در حالت جریان پیوسته، عملکرد آن در شرایط کاری مختلف بررسی گردیده و نقاط کار بهینه بدست آمده است. لیکن نتایج بدست آمده نشان می دهد که در حالت عملکرد جریان پیوسته می توان یک قانون کلی برای نقاط کار بهینه ارائه کرد و دیگر نیازی به جداول ذخیره زوایای روشن و خاموش شدن و جریان مرجع فازها نیست.
۵-۲- بررسی پارامترهای موثر در بهینه سازی
به منظور رسیدن به عملکرد بهینه موتور در حالت کار جریان پیوسته سه پارامتر شامل زاویه روشن شدن فازها، زاویه هدایت فازها، و جریان مرجع برای تنظیم جریان فازها باید کنترل گردند. در نتیجه می توان به عملکرد بهینه موتور شامل حداقل تلفات هسته، حداقل تلفات مسی، حداکثر توان و راندمان، حداکثر گشتاور مشخصه و حداقل نوسان گشتاور دست یافت. مسلماً روش جریان پیوسته باید زمانی اعمال شود که توان خروجی مطلوب با بهره گرفتن از روش جریان ناپیوسته قابل دست یابی نباشد. به عبارت دیگر هرگاه توان با بهره گرفتن از روش جریان ناپیوسته قابل دست یابی باشد، استفاده از روش جریان پیوسته فقط تلفات را افزایش و راندمان را کاهش می دهد. مطابق شکل ۳-۸ روش جریان پیوسته برای موتور مورد مطالعه باید برای سرعت های بالاتر از ۲۵۰۰ دور در دقیقه اعمال شود که دستیابی به توان خروجی نامی با بهره گرفتن از روش متداول امکان پذیر نیست. بر این اساس عملکرد موتور در سرعت های ۴۰۰۰، ۶۰۰۰، ۸۰۰۰ و ۱۲۰۰۰ دور در دقیقه بررسی گردیده است. به منظور بررسی تاثیر گشتاور، در هر سرعت دو گشتاور بار مختلف اعمال شده و عملکرد موتور تحلیل شده است. مقادیر گشتاور بار در هر سرعت به نحوی انتخاب شده است که در گشتاور بزرگتر، حداکثر توان خروجی قابل استحصال از موتور بوجود آید.
۵-۲- ۱- تاثیر زاویه روشن شدن فازها بر عملکرد موتور
شکل ۵-۲ راندمان موتور بر حسب زاویه روشن شدن در سرعت های مذکور و در گشتاور بار مختلف را نشان می دهد. همچنین، نوسان گشتاور (T_r) و مقدار گشتاور مشخصه (TPA) بر حسب زاویه روشن شدن در شکل ۵-۳ و ۵-۴ برای نمونه در سرعت ۶۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۷ نیوتن- متر نشان داده شده است. تغییرات نوسان گشتاور و گشتاور مشخصه بر حسب زاویه روشن شدن به ازای گشتاورهای بار و سرعت های مختلف موتور، همانند اشکال ۵-۳ و ۵-۴ است. معادلات ۵-۱ و ۵-۲ به ترتیب نحوه محاسبه نوسان گشتاور و مقدار گشتاور مشخصه را نشان می دهند.
(۵-۱)
(۵-۲)
که در معادلات فوق ، ، و به ترتیب مقادیر بیشینه، کمینه، و متوسط گشتاور بوده و جریان منبع ولتاژ مستقیم است.

(الف)

(ب)

(ج)

(د)
شکل ۵-۲ - راندمان موتور بر حسب زاویه روشن شدن در سرعت های (الف)- ۴۰۰۰ دور بر دقیقه - (ب)- ۶۰۰۰ دور بر دقیقه - (ج)- ۸۰۰۰ دور بر دقیقه - (د)- ۱۲۰۰۰ دور بر دقیقه

شکل ۵-۳- نوسان گشتاور در سرعت ۶۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۷ نیوتن- متر

شکل ۵-۴- مقدار گشتاور مشخصه در سرعت ۶۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۷ نیوتن- متر
همانطور که در شکل دیده می شود با افزایش زاویه روشن شدن راندمان موتور و مقدار گشتاور مشخصه کاهش یافته و نوسان گشتاور افزایش می یابد. در تمامی سرعت های مطلوب و در تمامی گشتاورهای بار اعمال شده عملکرد بهینه موتور زمانی حاصل می شود که زاویه روشن شدن در مقدار حداقل خود یعنی ۱۷ درجه تنظیم شده باشد. در اشکال مذکور زاویه روشن شدن کمتر از ۱۷ درجه نشان داده نشده است. زیرا که توان خروجی نامی با زاویه روشن شدن کمتر از ۱۷ درجه بدست نخواهد آمد. بنابراین می توان گفت که عملکرد بهینه در حالت عملکرد جریان پیوسته زمانی حاصل می شود که زاویه روشن شدن در حداقل مقدار ممکنی تنظیم گردد که توان نامی با بهره گرفتن از روش جریان پیوسته در ناحیه توان ثابت توسعه یافته قابل حصول باشد.
این نتیجه بهینه سازی بر حسب پارامتر زاویه روشن شدن در مورد تمامی انواع موتور سوئیچ رلوکتانس با تعداد قطب های مختلف معتبر می باشد. اگر به شکل۵-۵ دقت شود در حالت جریان پیوسته، زاویه روشن شدن در ناحیه ای از اندوکتانس واقع شده که شیب اندوکتانس منفی است و لذا ماشین در شرایط ژنراتوری عمل خواهد کرد. به عبارت دیگر اگر بتوان به توان خروجی مشخصی دست یافت در حالی که زاویه روشن شدن در مقدار حداقل خود تنظیم شده است، به طور یقین برای رسیدن به توان خروجی مشخص، توان ورودی کاهش یافته، چرا که ماشین با کاهش زاویه روشن شدن مدت زمان بیشتری در ناحیه ژنراتوری بوده و توان از ماشین به منبع بازگشته است و لذا توان خالص دریافتی از منبع با کاهش زاویه روشن شدن کاهش یافته و با توجه به ثابت بودن توان خروجی راندمان افزایش پیدا کرده است.
علاوه بر آن، کاهش زاویه روشن شدن منجر به کاهش مقدار موثر و مقدار بیشینه جریان فاز خواهد شد. در نتیجه حداکثر مقدار گشتاور مشخصه و حداقل ریپل گشتاور را شاهد خواهیم بود . با مقایسه برخی از پارامترهای هر فاز به ازای دو زاویه روشن شدن مختلف ۱۷ و ۲۰ درجه در سرعت ۶۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور ۷ نیوتن- متر که در جدول ۵-۱ آورده شده اند، این مسئله قابل توضیح خواهد بود.

شکل ۵-۵- جریان فاز، شار پیوندی، اندوکتانس، ولتاژ مستقیم و نیروی ضد محرکه به ترتیب در ضرایب ۱، ۵۰، ۱۰۰، ۰۱/۰ و ۰۱/۰ ضرب گردیده اند و سرعت ۸۰۰۰ دور در دقیقه و گشتاور بار ۵ نیوتن - متر می باشد

جدول ۵-۱- برخی از پارامترهای هر فاز به ازای دو زاویه روشن شدن مختلف ۱۷ و ۲۰ درجه