Μελέτη ηλεκτρομαγνητικών χαρακτηριστικών ασύγχρονης μηχανής με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων σε 3 διαστάσεις

• Κύριος συγγραφέας: Μαμαλάκης, Μιχαήλ
• Άλλοι συγγραφείς: Καππάτου, Τζόγια
• Μορφή: Thesis
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2016
• Θέματα: Ασύγχρονες μηχανές; Μέθοδος των πεπερασμένων στοιχείων; 3 διαστάσεις; Σύγκριση 2 με 3 διαστάσεις; Asynchronous machine; Finite element method; 3 dimensions; Comparison 2 with 3 dimensions; Induction machines; Induction motors; 621.313 6

Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται τη σχεδίαση και την μελέτη ασύγχρονου ηλεκτρικού κινητήρα βραχυκυκλωμένου δρομέα με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων σε περιβάλλον ηλεκτρομαγνητικής ανάλυσης τριών διαστάσεων (3D). Η εργασία αυτή εκπονήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Τεχνολογίας Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής του Πανεπιστημίου Πατρών. Σκοπός της παρούσας εργασίας ήταν η σχεδίαση της μηχανής σε τρεις διαστάσεις στο περιβάλλον του λογισμικού ηλεκτρομαγνητικής ανάλυσης Opera 3D και η ανάλυση των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών. Επίσης διεξήχθη ηλεκτρομαγνητική μελέτη σε δυο διαστάσεις (2D) και σύγκριση των ηλεκτρομαγνητικών μεγεθών με τα αντίστοιχα που προέκυψαν με το μοντέλο στις τρείς διαστάσεις. Αρχικά σχεδιάστηκε ο κινητήρας και έγιναν διάφορες τροποποιήσεις με σκοπό την δημιουργία κατάλληλου περιβάλλοντος (όσο αφορά τις παραμέτρους του προγράμματος σχεδίασης) ώστε να καταστεί εφικτή η διαδικασία δημιουργίας του πλέγματος των πεπερασμένων στοιχείων και κατ’ επέκταση η ανάλυση. Κατόπιν πραγματοποιήθηκε ανάλυση σε τρείς διαστάσεις λαμβάνοντας υπόψιν την μη γραμμική χαρακτηριστική του σιδηρομαγνητικού υλικού και στην συνέχεια έγινε μετεπεξεργασία των ηλεκτρομαγνητικών αποτελεσμάτων. Ακολούθησε η σύγκριση των αποτελεσμάτων της ηλεκτρομαγνητικής ανάλυσης του κινητήρα στις τρείς διαστάσεις με τα αντίστοιχα μεγέθη από την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των δυο διαστάσεων. Παρουσιάστηκαν χρωματικές κλίμακες και γραφικές παραστάσεις των πεδίων, καθώς και γραφικές παραστάσεις ροπών, ρευμάτων και τάσεων των δυο αναλύσεων και εν τέλει αναφέρθηκαν τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα κάθε ανάλυσης, των δυο και τριών διαστάσεων. Επιπλέον έγινε μια αναφορά σε δυο βασικές μεθόδους διάγνωσης σφαλμάτων οι οποίες μπορούν να φανούν χρήσιμες για μελλοντικές διαγνώσεις στον κινητήρα που σχεδιάστηκε σε τρείς διαστάσεις σε αυτήν την διπλωματική εργασία. Τέλος αναφέρθηκαν τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την ανάλυση σε τρείς διαστάσεις και συγκρίθηκαν με τα αποτελέσματα της ανάλυσης σε δυο διαστάσεις. Πιο αναλυτικά, στο κεφάλαιο 1 αναφέρονται εισαγωγικές μαθηματικές έννοιες για τον ηλεκτρομαγνητισμό, αναγκαίες για την καλύτερη κατανόηση της διάταξης. Στο κεφάλαιο 2 γίνεται μια εκτενής παρουσίαση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, όλων των σταδίων μέχρι την ανάλυσή της, καθώς και των ειδών αναλύσεων που υπάρχουν. Στο κεφάλαιο 3 παρατίθενται τα είδη ασύγχρονου κινητήρα, βασικές τους έννοιες, καθώς και αναλυτικά τα σχέδια της διάταξης της παρούσας διπλωματικής. Στο κεφάλαιο 4 αναλύεται ο τρόπος σχεδίασης της διάταξης, καθώς και οι λόγοι που έγινε η συγκεκριμένη σχεδίαση. Τέλος, παρατίθενται οι δυνατότητες του προ-επεξεργαστή και του μετα-επεξεργαστή. Στο κεφάλαιο 5 παρατίθενται τα αποτελέσματα της μη γραμμικής ανάλυσης των πεπερασμένων στοιχείων για μη γραμμικό σιδηρομαγνητικό υλικό σε τρείς διαστάσεις, και γίνεται μια πλήρης ανάλυση στο χώρο για τα διάφορα ηλεκτρομαγνητικά πεδία. Στο κεφάλαιο 6 γίνεται σύγκριση ροπών, ρευμάτων και τάσεων μεταξύ των αναλύσεων σε δυο και τρείς διαστάσεις και παρουσιάζονται χρωματικές κλίμακες και γραφικές παραστάσεις των πεδίων. Τέλος, παρατίθενται τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα των δυο αναλύσεων. Στο κεφάλαιο 7 γίνεται μια αναφορά σε δυο βασικές μεθόδους διάγνωσης σφαλμάτων για ασύγχρονους κινητήρες βραχυκυκλωμένου δρομέα, οι οποίες μπορούν να φανούν χρήσιμες για μελλοντικές διαγνώσεις στον κινητήρα που σχεδιάστηκε σε αυτήν την διπλωματική εργασία. Στο κεφάλαιο 8 γίνεται ανακεφαλαίωση των συμπερασμάτων για την ανάλυση σε δυο και τρείς διαστάσεις και παρατίθενται ιδέες για την εξέλιξη της παρούσας διπλωματικής.