گفتگو با دکتر مهرج قدس، دانش آموخته دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر
گفتگو با دکتر مهرج قدس، دانش آموخته دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر دانشگاه تهران به مناسبت نمونه شدن رساله دکتری ایشان در جشنواره پژوهش و فناوری سال 1404 دانشگاه با عنوان «ارائه ساختارهای بهینه، مدل سازی و نمونه سازی ماشینهای مغناطیس دائم ورنیه برای کاربرد در وسایل حمل و نقل الکتریکی کوچک»
رساله شما دقیقاً به چه موضوعی می پردازد؟
این رساله به بررسی انواع ساختارهای ماشینهای مغناطیس دائم مدرن ورنیه روتور درونی و بیرونی با کاربرد در وسایل حمل و نقل الکتریکی کوچک به معنای کم توان در مد موتوری همانند دوچرخه، موتور سیکلت، ویلچر و کوآدکوپتر برقی و ... و مد ژنراتوری از قبیل ژنراتور‌های بادی و استارتر خودرو برقی می پردازد.
ماشین های ورینه مغناطیس دائم در زمره ماشینهای مدولاسیون شار با بهره‌گیری از اثر چرخدنده مغناطیسی قرار می گیرند. این ماشین‌ها دارای چگالی گشتاور در شرایط موتوری و چگالی توان در شرایط ژنراتوری در حدود 1.2 تا 1.3 برابر همتایان خود مانند ماشینهای سنکرون آهنربای دائم و BLDC ها می‌باشند.
مهمترین دستاور پژوهشی شما در این رساله چیست؟
- این رساله در شرایط بهینه به طراحی، شبیه سازی، مدل سازی و پیاده سازی (نمونه سازی نیمه صنعتی) انواع موتور و ژنراتور‌های الکتریکی با چینش‌های مختلف آهنربا همانند سطحی، اسپوک ،V شکل ، L شکل ، K شکل ، H شکل، قطب برآیند و ... جهت بهبود مشخصه‌هایی از قبیل گشتاور خروجی و دندانه، توان خروجی، بازده، ولتاژ القایی پرداخته است.
- مدل سازی‌های پیشنهادی در این رساله بر مبنای مدار معادل مغناطیسی بهبود یافته است و همچنین تحلیل لایه‌ای- هارمونیکی می‌باشد تا لمس دقیقی از تمامی پارامترهای هندسی در طراحی ماشین را ارائه داده و طراح بتواند درک صحیحی از ساختار مورد مطالعه داشته باشد.
- پیاده سازی محرکه‌های کنترل سرعت (درایو‌ها) برای کنترل دقیق سرعت و موقعیت در این ماشین‌ها به دلایل ساختار پیچیده استاتور و هارمونیکی بودن مشخصه‌های عملکردی، کمی پیچیده‌تر از سایر ماشین‌ها است.
- همانطور که در بخش قبل گقته شد خطای مغناطیس زدایی (تخریب و تضعیف آهنربا‌ها) ناشی از گرما و بهره برداری در شرایط اضافه بار و جریان، چالش اساسی ماشین های مغناطیس دائم است. این رساله الگوهای مناسبی جهت تشخیص و تفکیک این خطاها بر اساس پارامترهای طراحی ارائه داده است.
در این مسیر، چه چالش‌هایی را و چگونه پشت سر گذاشته اید؟
ماشین های مدرن به دلیل ساختار نامتقارن و پیچیده، می‌بایست به گونه‌ای مدل سازی شوند که اولاً دقت و زمان محاسبات دستخوش تغییر نشود، ثانیاً پیاده سازی مدل دارای پیچیدگی کمتری باشد که بتوان بر روی سخت افزار‌ها ارائه کرد. در شبیه سازی به کمک روش‌های المان محدود 2 بعدی و خصوصاً 3 بعدی، ارائه طرح بهینه هم دشوار و هم بسیار زمانبر بوده و نمی‌توان اثر پارامتر های هندسی ماشین را بر روی مشخصه‌های خروجی درک کرد، بنابراین ابزار مدل سازی می‌تواند به طراح، فهم صحیحی از عملکرد الکترومغناطیسی ماشین بدهد تا بهترین و بهینه ترین ساختار خود را پیشنهاد دهد.
در نمونه سازی‌ها عمدتاً چالش در تهیه جنس مواد سازنده ماشین اعم از ابعاد آهنربا و ورق هسته می‌باشد. یافتن ورق‌ها و تست آزمایشگاهی آنها برای تعیین مشخصه BH مغناطیسی کار دشوار و پرهزینه است. همچنین طرح نهایی که بهینه شده است ممکن است دارای هندسه خاصی از آهنربا باشد که این آهنربا در بازار با این ابعاد و اندازه موجود نباشد.
انتخاب شما به عنوان پژوهشگر برتر چه احساسی ایجاد کرد و برنامه‌تان برای ادامه این مسیر پژوهشی چیست؟
خداوند را بسیار شاکر هستم که این افتخار نصیبم شد به عنوان برگزیده رساله برتر در مقطع دکتری در 34 امین جشنواره پژوهشی دانشگاه تهران انتخاب شوم. این رساله به طراحی و مدل سازی بیش از 16 ساختار ماشینهای دوار و 5 ساختار ماشینهای خطی به عنوان موتور و ژنراتور و همچنین پیاده سازی محرکه‌های کنترل سرعت آنها می‌پردازد که هر کدام می‌تواند عنوان رساله یا پایان نامه‌ای در سطوح دانشگاه های عالی کشور باشد. همچنین این رساله منجر به استخراج 21 مقاله ISI با شاخص IF بالای 4 در سطح Q1 و Q2 در بالاترین مجلات تخصصی در زمینه برق مثل (IEEE و IET) نیز شده است.
با جدیت تمام می توانم بگویم که آزمایشگاه مدل سازی الکترومغناطیسی ماشین های الکتریکی دانشگاه تهران به سرپرستی پروفسور جواد فیض که استاد راهنمای بنده هستند، تنها آزمایشگاه تخصصی طراحی ماشین در کشور بوده که بالغ بر 40 نمونه ماشین های مدرن خطی، دوار و شار محوری برای کاربرد‌های مختلف نمونه‌سازی کند. این آزمایشگاه دارای تجهیزات الکتریکی اندازه گیری مدرن بوده و پژوهشگرانی که در این زمینه همکاری داشته اند نیز دارای بالاترین کیفیت پایان نامه و مقاله و آشنایی کامل با مراحل ساخت و بهره برداری یک ماشین الکتریکی بوده اند.
برای ادامه مسیر اگر خداوند توفیق دهد و بتوانم خدمتی در دانشگاه به عنوان هیأت علمی داشته باشم، در زمینه ساخت موتور و ژنراتور و مبدل‌های آنها و همچنین در زمینه ساخت تجهیزات پردازشگر خطا، راهنمایی برای دانشجویان علاقه‌مند به این زمینه خواهم بود. همچنین بنده در کنار این کار تخصصی طراحی ماشین و درایو در زمینه طراحی و پیاده سازی رادار‌های نفوذ در زمین (GPR ها) و پیاده سازی بر روی کواد کوپتر ها (Drone GPR ها) با کاربرد معدنی و ژئوفیزیک مشغول به مطالعه و پژوهش هستم.
