Προσομοίωση δινορρευμάτων και αντιστοίχων απωλειών σε επιφανειακούς μόνιμους μαγνήτες κινητήρων συγκεντρωμένων τυλιγμάτων κλασματικής αύλακας

Abstract

Οι απώλειες δινορρευμάτων στους μόνιμους μαγνήτες σε μηχανές εναλλασσομένου ρεύματος με δρομείς μονίμων μαγνητών συνήθως αγνοούνται, καθώς η θεμελιώδης συνιστώσα του μαγνητικού πεδίου στο διάκενο περιστρέφεται σε συγχρονισμό με τον δρομέα και οι αρμονικές χρόνου της κυματομορφής του ρεύματος και χώρου του μαγνητικού πεδίου του διακένου που οφείλονται στη διαμόρφωση των τυλιγμάτων του στάτη είναι γενικά μικρές. Ωστόσο, λόγω των πλεονεκτημάτων μη επικάλυψης των τερματικών συνδέσεων των τυλιγμάτων, αναπτύσσεται πρόσφατα μια σημαντική κατηγορία μηχανών, οι οποίες έχουν συγκεντρωμένα τυλίγματα κλασματικής αύλακας, στις οποίες η θεμελιώδης συνιστώσα της μαγνητεγερτικής δύναμης του στάτη εμφανίζει διαφορετικό αριθμό πόλων από αυτούς του δρομέα. Στις μηχανές αυτές η ροπή παράγεται από ανώτερη αρμονική συνιστώσα της μαγνητεγερτικής δύναμης του δρομέα. Η θεμελιώδης συνιστώσα και άλλες χαμηλής τάξης αρμονικές συνιστώσες του μαγνητικού πεδίου του στάτη μπορούν στις περιπτώσεις αυτές να προκαλέσουν δινορρεύματα σημαντικής έντασης και αντίστοιχες απώλειες στους μόνιμους μαγνήτες. Καθίσταται επομένως απαραίτητο να αναπτυχθεί μια αποδοτική μεθοδολογία εκτίμησης της πυκνότητας δινορρευμάτων και των αντιστοίχων απωλειών που επιφέρουν στους μόνιμους μαγνήτες. Για τον σκοπό αυτόν, στην παρούσα εργασία αναπτύσσονται δύο μεθοδολογίες, οι οποίες χρησιμοποιώντας αναλυτικές μεθόδους επίλυσης του μαγνητικού πεδίου επιτρέπουν ικανοποιητική εκτίμηση των δινορρευμάτων και των αντιστοίχων απωλειών στους μαγνήτες των μηχανών αυτού του τύπου. Με βάση τις προαναφερόμενες μεθοδολογίες επιχειρήθηκε επίσης παραμετρική διερεύνηση της επίδρασης των ηλεκτρικών και γεωμετρικών μεγεθών στις εκτιμώμενες απώλειες και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά της μηχανής.

The eddy current losses in the permanent magnets of brushless ac machines are usually neglected, since the fundamental component of the air-gap field usually rotates in synchronism with the rotor and time harmonics in the current waveform and air-gap magnetic field space harmonics due to the winding distribution are generally small. However, due to advantages of non-overlapping end zone winding parts an important category of brushless ac machine design is emerging, those with fractional slot concentrated windings, in which the fundamental component of the stator MMF has different number of poles than the rotor. The torque in these machines is developed by a higher order MMF harmonic. The fundamental component and lower order MMF harmonics can then give rise to significant eddy currents and respective losses in the rotor magnets. It is thereby useful to establish an efficient methodology enabling prediction of the density of eddy currents and their corresponding losses in the magnets. For this purpose two methodologies have been developed in this thesis, which use analytical methods for the magnetic field distribution analysis enabling prediction of the eddy currents and the respective losses developed in the permanent magnets of such machines. By using the above mentioned methodologies, the impact of various electric and geometric variables on the eddy current losses as well as on the machine operating characteristics has been investigated.