Σχεδίαση κινητήρα επαγωγής 4kW για ηλεκτροκίνηση υψηλών ταχυτήτων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία αποτελεί μια λεπτομερή σχεδίαση και ανάλυση συμπεριφοράς κινητήρα επαγωγής ισχύος 4kW για εφαρμογές ηλεκτροκίνησης. Οι προδιαγραφές που τέθηκαν αφορούν τη ροπή τις στροφές και τη διάμετρο διακένου του κινητήρα. Αρχικά η προκαταρκτική σχεδίαση γίνεται με κριτήριο την ειδική ηλεκτρική φόρτιση και την ειδική μαγνητική φόρτιση, ακολουθώντας δηλαδή την κλασσική μέθοδο. Έπειτα γίνεται λεπτομερής διαστατική ανάλυση προκειμένου να προσδιοριστούν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του κινητήρα ορίζοντας συγκεκριμένες τιμές για τη μαγνητική επαγωγή ανά περιοχή της μηχανής (δόντια, σώμα, διάκενο). Αφού προσδιοριστεί μια ικανοποιητική γεωμετρία ο κινητήρας αναλύεται με χρήση προγράμματος πεπερασμένων στοιχείων δύο διαστάσεων (FEMM). Με τη βοήθεια του λογισμικού διεξάγεται ανάλυση ευαισθησίας της ροπής με παραμέτρους διάφορα γεωμετρικά χαρακτηριστικά. Με τη βελτιωμένη γεωμετρία, υπολογίζονται οι απώλειες χαλκού και πυρήνα. Προκειμένου να προβλεφθεί η επίδοση του κινητήρα σε διάφορες συνθήκες λειτουργίας υπολογίζεται κατάλληλο ισοδύναμο κύκλωμα μεταβλητών παραμέτρων. Οι παράμετροι προσδιορίζονται από δοκιμές που προσομοιώνονται με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων. Τέλος, κατασκευάζονται οι καμπύλες ρεύματος – ολίσθησης και ροπής - ολίσθησης.

This diploma thesis is a detailed example of design and analysis of a 4kW induction motor for electric traction applications. The provided specifications involve torque, speed and air gap diameter. The preliminary design approach is based on the classic output coefficient concept i.e. choosing specific electric and magnetic loadings and size the geometry accordingly. Then, a detailed dimensional analysis is being conducted in order to define a reasonable motor geometry. This analysis is performed by defining typical values of flux-density on each region (teeth, bore, air gap). Having achieved a reasonable design, 2D finite element analysis software is being used to further analyze the motor. A sensitivity analysis of the produced torque is conducted with parameters some of the geometrical characteristics. On the improved geometry that emerges, Joule and core losses are being calculated. In order to predict the motor performance at different operating conditions, a variable parameters equivalent circuit is determined. The parameters are obtained by tests simulated by the 2D field analysis software. Finally, current – slip and torque – speed curves are computed.