Elektromanyetik tasarım programı kullanılarak elektrik makinelerinin tasarımında boyut optimizasyonu için geliştirilmiş ikinci dereceden hassasiyet analizi temelli nümerik bir yaklaşım

Bu çalışmada elektrik makinelerinin tasarımında boyut optimizasyonu için geliştirilen ikinci dereceden hassasiyet analizi temelli nümerik bir yaklaşımın formülasyonu ve çözüm algoritması sunulmuştur. Çalışmada elektrik makinelerinin tasarımında boyut optimizasyonu için kullanılan ikinci dereceden hassasiyet analizi temelli nümerik yaklaşım; elektromanyetik tasarım programı kullanılarak optimizasyon problemi çözüm limitlerinin karma değerlerden oluştuğu yeni bir yaklaşım ile hazırlanan script sayesinde gerçekleştirilmiştir. Bu yeni nümerik metod temelinde, tasarımcılar elektrik makinelerinin tasarımında pratik çözümlere standart bir elektromanyetik tasarım programı kullanarak ulaşabileceklerdir. Önerilen metodun uygulanabilirliği çıkık kutuplu senkron hidrogeneratör optimizasyon probleminde Ansoft Rmxprt kullanılarak gösterilmiştir. Sonuçlar göstermiştir ki hassasiyet analizi içeren bu metod da çözümlerde ilk tasarıma göre yaklaşık %15 iyileştirme sağlanmıştır, aynı zamanda diğer metodlara göre önemli avantajları vardır ve diğer elektromanyetik aygıtların boyut optimizasyonu için de kullanılabilir.

A second order sensitivity analysis based numerical approach developed for dimension optimization, in electric machine design by electromagnetic design software

This paper presents the formulation of developed second order sensitivity analysis when applied to shape optimization in design of electrical machine problems. It used the second order sensitivity analysis based on numerical approach that is variable have mixed solution limits to the shape optimization problems which using with standard electromagnetic design analysis (EDA) software. Based on this numerical methodology; designers will be able to deal with practical design optimization of electrical machines using with standard EDA software. The applicability of the proposed methodology is demonstrated by optimizing the salient pole synchronous hydro generator. The results show that the sensitivity analysis technique is provided improvement of solution about %15 and would appear to have certain important advantages over the other methods.

PDF

___

1. Dong-Hun Kim, K. S. Ship, and J. K. Sykulski,” Applying Continuum Design Sensitivity Analysis Combined With Standard EM Software to Shape Optimization in Magnetostatic Problems” IEEE Transactıons on Magnetics, Vol. 40, No. 2, pp. 1156—1159 March 2004
2. Jae Seop Ryu, Yingying Yao, Chang Seop Koh, “Optimal Shape Design of 3-D Nonlinear Electromagnetic Devices Using Parameterized Design Sensitivity Analysis”, IEEE Transactıons on Magnetics, Vol. 41, No. 5,Pp. 1792-1795 May 2005.
3. Fujii, N. “Second Order Sensitivity Analysis for a Class of Shape Optimization Problems”, 0-7803- 1328-3, IEEE Transactions on Magnetics, pp. 1176-1178, 1994.
4. Yingying Yao, Jae Seop Ryu*, “3D Shape Optimization of Electromagnetic Devices by Using Design Sensitivity Analysis” IEEE Transactions On Magnetics, pp.786-789.
5. J. K. Sykulski and M. Santilli, “A procedure for magnetic design and optimization of permanent brushless DC motors,” COMPEL, vol. 17, no. 5/6, pp. 749–756, 1998.
6. Parent, G.; Dular, P.; Ducreux, J.-P.; Piriou, F. “Using a Galerkin Projection Method for Coupled Problems” IEEE Transactions on Magnetics, Volume 44, Issue 6, 830 – 833, June 2008.
7. R. Rong and D. A. Lowther. “Applying response surface methodology in the design and optimization of electromagnetic devices,” IEEE Trans. Magn., vol. 33, pp. 1916–1919, Mar. 1997.
8. T. N. Nguyen and J. L. Coulomb, “High order FE derivatives versus geometric parameters. Implantation on an existing code,” IEEE Trans. Magn., vol. 35, pp. 1502–1505, May 1999.
9. I.-H. Park, J. L. Coulomb, and S.-Y. Hahn, “Implementation of continuum sensitivity analysis with existing finite element code,” IEEE Trans. Magn., vol. 29, pp. 1787–1790, Mar. 1993.
10. N. Fujii, “Second variation and its application in a domain optimization problem”, in Proceedings of the 4th IFAC Symposium on Control of Distributed Parameter Systems, pp. 431-436, 1986.
11. N. Fujii, “Second-order necessary conditions in a domain optimization problem”, Journal of Optimization Theory and Applications, vol. 65, pp. 223-244, 1990.
12. N. Fujii, “Domain optimization problems with a boundary value problem as a constraint”, in Proceedings of the 4th IFAC Symposium on Control of Distributed Parameter Systems, Los angeles, pp. 49. 1986.
13. C. Chat-uthai, J.A Ramirez, E.M. Freeman, D.A. Lowther, "Non- linear constrained optimisation techniques for magnetostatic problems," Proc. Of the 6th ISl3.4, Seoul, Korea, 22-24 June, 1994.
14. K. Weeber and S. R. H. Hoole, “Geometric parameterization and constrained optimization techniques in the design of salient pole synchronous machines,” IEEE Trans. Magn., vol. 28, no. 4, pp. 1948–1960, Jul. 1992.
15. Topaloğlu, İ. “Hidroelektrik Generatör Tasarımında Optimizasyon Teknikleri”, Yüksek lisans tezi, Gazi Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2009.
16. Ansoft Corporation Maxwell 3D&2D, Optimetrics® ve RMXPRT help files, “Setting Up An Optimization Problem”, “Getting Started with Maxwell and RMxprt” Ansoft Corporation, U.K. 2006.