Συγκριτική σχεδιομελέτη ηλεκτρικής μηχανής μονίμων μαγνητών και μηχανής μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης για εφαρμογή πρωτότυπου ηλεκτρικού οχήματος

Παναγόπουλος, Ιωάννης; Panagopoulos, Ioannis

dc.contributor.author	Παναγόπουλος, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Panagopoulos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2017-07-18T09:35:00Z
dc.date.available	2017-07-18T09:35:00Z
dc.date.issued	2017-07-18
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/45259
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.14413
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Ηλεκτρικά οχήματα	el
dc.subject	Σχεδίαση ηλεκτρικού κινητήρα	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Κινητήρες μόνιμων μαγνητών	el
dc.subject	Κινητήρες μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης	el
dc.subject	Electric vehicles	en
dc.subject	Electric motor design	en
dc.subject	Optimization	en
dc.subject	Permanent magnet motors	en
dc.subject	Variable reluctance motors	en
dc.title	Συγκριτική σχεδιομελέτη ηλεκτρικής μηχανής μονίμων μαγνητών και μηχανής μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης για εφαρμογή πρωτότυπου ηλεκτρικού οχήματος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτρικοί κινητήρες	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-05-11
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί συγκριτική σχεδιομελέτη ηλεκτρικού κινητήρα επιφανειακών μονίμων μαγνητών και κινητήρα μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης για εφαρμογή σε σύστημα ηλεκτρικής κίνησης πρότυπου οχήματος αγώνων εξοικονόμησης ενέργειας. Πρόκειται για κινητήρες χαμηλής ισχύος (~350W), χαμηλής ταχύτητας περιστροφής (~300 ΣΑΛ), και ταυτόχρονα υψηλής απόδοσης (≥90%), χρησιμοποιώντας ως κύρια κριτήρια βελτιστοποίησης τη μείωση των απωλειών, του βάρους, και της αρμονικής παραμόρφωσης της επαγόμενης τάσης και ροπής. Οι περιορισμοί, στους οποίους υπόκειται η σχεδίαση των κινητήρων, προέρχονται από τις προδιαγραφές συγκεκριμένου ευρωπαϊκού διαγωνισμού πρότυπων μονοθέσιων οχημάτων οικονομικής μετακίνησης. Στην εργασία, σε ένα πρώτο στάδιο, προσδιορίζονται οι προδιαγραφές των κύριων λειτουργικών χαρακτηριστικών των κινητήρων, σε ένα δεύτερο στάδιο καθορίζονται οι βασικές γεωμετρικές διαστάσεις των διαμορφώσεών τους μέσω προκαταρκτικής σχεδίασης και σε τελικό στάδιο υπολογίζονται οι βέλτιστες γεωμετρίες με χρήση πολυκριτηριακών εξελικτικών αλγορίθμων και τεχνικές ανάλυσης του μαγνητικού πεδίου που βασίζονται στη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων. Εισαγωγικά επιχειρείται μία σύντομη επισκόπηση των διαμορφώσεων των συστημάτων κίνησης των ηλεκτρικών αυτοκινήτων και ιδιαίτερα των διάφορων ειδών ηλεκτρικών κινητήρων που χρησιμοποιούνται. Στη συνέχεια αναλύεται η πίστα των αγώνων και αντίστοιχες απαιτήσεις ροπής. Βάσει αυτών των αποτελεσμάτων πραγματοποιείται προκαταρκτική σχεδίαση και των δύο τύπων κινητήρα, βασιζόμενη σε αναλυτικές σχέσεις για τον υπολογισμό βασικών μεγεθών της γεωμετρίας τους. Στη συνέχεια επεξηγείται η επιλογή των σχεδιαστικών μεταβλητών για κάθε ένα από τους δύο τύπους κινητήρων. Επιπροσθέτως αναλύονται τεχνικές σχεδιασμού των γεωμετριών και η διαδικασία που ακολουθήθηκε για τον υπολογισμό των ηλεκτρομαγνητικών χαρακτηριστικών των μηχανών. Τα βασικότερα χαρακτηριστικά που χρησιμοποιήθηκαν είναι η αποδιδόμενη ροπή, η κυμάτωση της ροπής, τo αρμονικό περιεχόμενο της τάσης, το βάρος και οι απώλειες των κινητήρων. Στο τελευταίο μέρος της εργασίας εξετάζονται οι γενικές αρχές της βελτιστοποίησης και οι εξελικτικοί πολυκριτηριακοί αλγόριθμοι. Στη συνέχεια αναλύεται ο αλγόριθμος βελτιστοποίησης που αναπτύχθηκε, ο συνδυασμός κριτηρίων που ορίστηκε και το σύνολο των μεταβλητών που επιλέχθηκαν. Παρουσιάζονται και σχολιάζονται τα αποτελέσματα της βελτιστοποίησης και γίνεται επιλογή των πιο κατάλληλων γεωμετριών του μετώπου Pareto. Τέλος, συγκρίνονται οι αρχικές και βελτιστοποιημένες γεωμετρίες των μηχανών μόνιμων μαγνητών και μεταβλητής μαγνητικής αντίστασης και αναλύονται τα πλεονεκτήματα των βελτιστοποιημένων γεωμετριών αναδεικνύοντας την καταλληλότητα των μεθόδων που χρησιμοποιήθηκαν. Για την υλοποίηση των μεθοδολογιών προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν χρησιμοποιήθηκαν τα λογισμικά πεπερασμένων στοιχείων FEMM και αριθμητικής ολοκλήρωσης διαφορικών εξισώσεων MATLAB.	el
heal.abstract	The present diploma thesis undertakes a comparative design of a synchronous permanent magnet and a variable reluctance electrical motor for a prototype electric vehicle application. The motor specifications involve low nominal power (~350 W), low rotational speed (~300 rpm), and high efficiency ( ≥ 90%), using as basic optimization criteria the reduction of losses, weight, harmonic distortion of voltage and torque ripple. T he motor design constraints are defined by the specific European race for prototype vehicles targeting low energy consumption. In a first stage, the specifications of the electrical motors are determined and in a next preliminary design stage the main dime nsions of the geometries are evaluated through analytic relations. In the final stage, the geometries are optimized using multi - objective evolutionary algorithms in conjunction with finite element magnetic field analysis. Initially a brief overview of elec tric car traction systems configurations is presented focusing on various electrical motor types implemented. In the following, the specific racing track is presented and the torque needed is analyzed. These results are taken into account in the preliminar y design stage of the two motor types, based on analytical relations to evaluate the basic geometric dimensions. In addition, the choice of design variables is explained for each motor type and the geometry design methodology as well as the techniques for calculating the motor electromagnetic characteristics are analyzed. The basic characteristics implemented are the output power, the torque ripple, the harmonic content of the voltage, the weight and the losses. The general optimization principles are menti oned in the last chapter, as well as the evolutionary multi - objective algorithms. The developed evolutionary algorithm is analyzed while the criteria adopted and the set of the variables selected are explained. The optimization results and the optimal moto r geometries selected from the Pareto fronts are discussed and compared to the initial ones. The advantages of the optimized geometries are underlined illustrating the proposed methodology suitability. The simulation methodologies developed have implemente d finite element software FEMM and the software for numerical integration of differential equations MATLAB.	en
heal.advisorName	Κλαδάς, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Μανιάς, Στέφανος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	111 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true