Μελέτη σφαλμάτων σε σύγχρονη μηχανή μόνιμου μαγνήτη

• Κύριος συγγραφέας: Καραγκούνης, Παναγιώτης
• Άλλοι συγγραφείς: Καππάτου, Τζόγια
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2015
• Θέματα: Σφάλματα; Μηχανές μόνιμου μαγνήτη; Faults; Brushless DC motors; 621.46

Η παρούσα διπλωματική πραγματεύεται τη μελέτη της συμπεριφοράς ενός σύγχρονου κινητήρα μόνιμου μαγνήτη (Brushless DC) στην υγιή του κατάσταση και σε διάφορα σφάλματα με σκοπό την εύρεση διαγνωστικών δεικτών για την αναγνώριση και τη διακριτοποίηση των σφαλμάτων. Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Για τους σκοπούς της διπλωματικής εργασίας προσομοιώθηκε ένας κινητήρας τύπου BLDC στην υγιή κατάσταση και στα σφάλματα με σταθερό αριθμό στροφών. Τα σφάλματα που μελετήθηκαν είναι πλήρης απομαγνήτιση ολόκληρου μαγνήτη, πλήρης τοπική απομαγνήτιση των άκρων ενός μαγνήτη, στατική και δυναμική εκκεντρότητα. Οι κινητήρες BLDC κερδίζουν συνεχώς έδαφος στη βιομηχανική παραγωγή και σε άλλες εφαρμογές, εκτοπίζοντας σιγά σιγά τους κινητήρες Συνεχούς Ρεύματος και τους Επαγωγικούς κινητήρες. Καθώς διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην βιομηχανική παραγωγή, και όχι μόνο, είναι απαραίτητο να προλαμβάνονται όσο το δυνατόν νωρίτερα διάφορες βλάβες που μπορεί να συμβούν στους κινητήρες και δημιουργηθούν έτσι προβλήματα στις εφαρμογές που χρησιμοποιούνται. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν τα φασικά ρεύματα και η ηλεκτρομαγνητική ροπή του κινητήρα ως τα υπό διερεύνηση μεγέθη, και αφού έγινε FFT ανάλυση στα παραπάνω μεγέθη συγκρίθηκαν τα φάσματά τους για να βρεθούν τυχών διαφορές και να χρησιμοποιηθούν ως διαγνωστικοί δείκτες. Η παραπάνω μέθοδος, δηλαδή η ανάλυση FFT κάποιων μεγεθών της μηχανής, είναι και η πιο ευρέως διαδεδομένη για παρόμοια χρήση, χωρίς αυτό να αποκλείει και άλλες μεθόδους. Ο κινητήρας BLDC που μελετήθηκε είναι ισχύος 660 W, τροφοδοσίας 48 V μέσω ενός αντιστροφέα (inverter), έχει ονομαστική ταχύτητα περιστροφής 3000 rpm και διαθέτει 8 μαγνητικούς πόλους στο δρομέα του. Για την προσομοίωση όλων των καταστάσεων χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Opera-2d της εταιρίας Vector Fields, ένα λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων. Για την ανάλυση FFT χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα Matlab της εταιρίας Mathworks. Αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 γίνεται μία αναφορά στα μαγνητικά υλικά, χρήσιμη διότι έχουμε να κάνουμε με έναν κινητήρα που διαθέτει μόνιμους μαγνήτες στο δρομέα του αντί για τυλίγματα και επίσης, θα μελετηθούν σφάλματα απομαγνήτισης. Στο κεφάλαιο 2 αναλύεται θεωρητικά η δομή, η λειτουργία και η συμπεριφορά των κινητήρων BLDC, καθώς και παραθέτονται μαθηματικά μοντέλα και κυκλωματικά ισοδύναμα για τη δυναμική και για τη μόνιμη κατάσταση της μηχανής. Στο κεφάλαιο 3 γίνεται παρουσίαση των σφαλμάτων. Μελετούνται οι αιτίες που τα δημιουργούν και τα επιδεινώνουν, καθώς γίνεται και μία παρουσίαση των συμπερασμάτων από διάφορες εργασίες και άρθρα όπου μελετώνται παρόμοια σφάλματα σε σύγχρονες μηχανές μόνιμου μαγνήτη. Στο κεφάλαιο 4 παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων των διαφόρων καταστάσεων. Αρχικά γίνεται μία παρουσίαση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων, και συγκεκριμένα η συμπεριφορά διαφόρων μεγεθών του κινητήρα. Αυτά τα μεγέθη είναι οι μαγνητικές γραμμές, το μέτρο του μαγνητικού πεδίου στο μέσω του διακένου, τα φασικά ρεύματα και η ηλεκτρομαγνητική ροπή, από τη μελέτη των οποίων βγαίνουν τα πρώτα συμπεράσματα για τη λειτουργία και την κατάσταση του κινητήρα. Στο κεφάλαιο 5 παρουσιάζεται αρχικά η μέθοδος FFT και μετά παρουσιάζονται τα αποτελέσματα αυτής της ανάλυσης στα φασικά ρεύματα και στη ροπή. Από τη σύγκριση των φασμάτων της υγιούς κατάστασης και των σφαλμάτων βρίσκονται οι διαγνωστικοί δείκτες για την κατάσταση της μηχανής. Τέλος, καταγράφεται η βιβλιογραφία που χρησιμοποιήθηκε.