Σχεδίαση και βελτιστοποίηση μηχανών μονίμων μαγνητών με βάση τα χαρακτηριστικά της σιδηρομαγνητικής λαμαρίνας

Βασιλόπουλος, Χαράλαμπος - Ραφαήλ; Vasilopoulos, Charalambos - Rafail

dc.contributor.author	Βασιλόπουλος, Χαράλαμπος - Ραφαήλ	el
dc.contributor.author	Vasilopoulos, Charalambos - Rafail	en
dc.date.accessioned	2021-02-24T17:00:04Z
dc.date.available	2021-02-24T17:00:04Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/52916
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.20614
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0/gr/	*
dc.subject	Σύγχρονες μηχανές μονίμων μαγνητών	el
dc.subject	Σιδηρομαγνητικά υλικά	el
dc.subject	Απώλειες πυρήνα	el
dc.subject	Παραμετροποιημένη σχεδίαση	el
dc.subject	Σχεδιαστικές τάσεις	el
dc.subject	Permanent magnet synchronous machines (PMSM)	en
dc.subject	Electrical steels	en
dc.subject	Iron losses	en
dc.subject	Parametric design	en
dc.subject	Design trends	en
dc.title	Σχεδίαση και βελτιστοποίηση μηχανών μονίμων μαγνητών με βάση τα χαρακτηριστικά της σιδηρομαγνητικής λαμαρίνας	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτρικές μηχανές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2020-10-13
heal.abstract	Η παρούσα εργασία μελετά την επίδραση διαφορετικών σιδηρομαγνητικών υλικών πυρήνα στα χαρακτηριστικά επίδοσης και απόδοσης των σύγχρονων μηχανών μονίμων μαγνητών, μέσω των αποτελεσμάτων της ανάλυσης ευαισθησίας γεωμετρικών παραμέτρων που διεξάγεται για κάθε υλικό. Αρχικά, παρουσιάζεται μια σύντομη επισκόπηση της τεχνολογίας των ηλεκτρικών μηχανών που χρησιμοποιούνται συνήθως στα σύγχρονα συστήματα ηλεκτρικής κίνησης, ενώ επιλέγεται η διαμόρφωση των σύγχρονων μηχανών επιφανειακών μονίμων μαγνητών που θα μελετηθεί παρακάτω. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα προς μελέτη σιδηρομαγνητικά υλικά (SiFe 3%, CoFe, NiFe, SiFe 6.5%), ενώ ακόμα παρουσιάζονται πρακτικά ζητήματα που προκύπτουν κατά την επεξεργασία των λαμαρινών για την κατασκευή πυρήνων. Ακόμα, αναλύεται το θεωρητικό υπόβαθρο και οι μηχανισμοί που συνιστούν τις απώλειες πυρήνα, παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα σημαντικότερα μοντέλα απωλειών πυρήνα που έχουν προταθεί έως σήμερα στη βιβλιογραφία και επιλέγεται το καταλληλότερο, ενώ υλοποιείται εργαλείο υπολογισμού των συντελεστών υστέρησης και δινορρευμάτων. Κατά την υλοποίηση του επιλεγμένου μοντέλου απωλειών πυρήνα, μελετώνται και συγκρίνονται οι γεωμετρικοί τόποι μεταβολής του διανύσματος της μαγνητικής επαγωγής στα διάφορα σημεία του στάτη, για κάθε υλικό. Μετά την προκαταρκτική σχεδίαση μηχανών μέσω αναλυτικών εξισώσεων για κάθε υλικό, ακολουθεί η χρήση αλγορίθμων παραμετρικής σχεδίασης και ανάλυσης γεωμετριών μηχανών, προκειμένου να δημιουργηθεί μια «δεξαμενή» διαθέσιμων μηχανών. Η ανάλυση ευαισθησίας παράγει περί τις 3240 εναλλακτικές γεωμετρίες για κάθε υλικό και ο στόχος της είναι να προσδιοριστούν οι βέλτιστες μηχανές βάση των κριτηρίων των ελάχιστων συνολικών απωλειών, της μέγιστης απόδοσης και της ελάχιστης μάζας. Βάση των βέλτιστων διατομών του συμβατικού ατσαλιού, υπολογίζονται οι μηχανές αναφοράς των υπολοίπων υλικών, μέσω προσαρμογής του ενεργού μήκους των βέλτιστων διατομών στην επιθυμητή ροπή, το οποίο και αποτελεί συνήθη τεχνική απλούστευσης της διαδικασίας βελτιστοποίησης σε επίπεδο βιομηχανίας. Τέλος, συγκεντρώνονται και συγκρίνονται τα αποτελέσματα επίδοσης και απόδοσης των βέλτιστων μηχανών για κάθε υλικό προ και μετά βελτιστοποίησης, και εξάγονται συμπεράσματα σχετικά με τις σχεδιαστικές τάσεις που προκύπτουν από τη χρήση του κάθε υλικού, καθώς και σχετικά με την καταλληλότερη μέθοδο βελτιστοποίησης για κάθε υλικό. Η ανάλυση πραγματοποιείται μέσω του λογισμικού MATLAB σε συνδυασμό με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων FEMM.	el
heal.abstract	The present thesis investigates the effects of different electrical steels on the performance and efficiency characteristics of permanent magnet synchronous machines (PMSM), through the results of the sensitivity analysis of geometric parameters performed for each material. Firstly, a short overview of the electric motors commonly used in modern electrical drives is presented, while the configuration of surface permanent magnets is selected and studied. Then, the electrical steels to be studied are presented and compared (SiFe 3%, CoFe, NiFe, SiFe 6.5%), and the manufacturing effects on electrical steels are also presented. Furthermore, the physics and mechanisms behind iron losses are analyzed. The most important models of iron losses that have been proposed in the literature are presented and compared, and the most appropriate one is selected, while a computational tool for calculating hysteresis and eddy current loss coefficients is implemented. During the implementation of the selected iron loss model, the loci of the magnetic induction vector at different points of the stator during a synchronous rotation, are studied and compared for each material. The preliminary design stage is followed by the use of algorithms for parametric design and analysis of the motors, in order to create a pool of available motors. The sensitivity analysis produces about 3240 different geometries for each material and its purpose is to determine the optimal geometry based on the criteria of minimum total losses, maximum efficiency and minimum mass, as well as to study the resulting design trends for each material. Based on the optimal cross sections of conventional steel, the reference machines of the other materials are calculated, by extruding the active length to the required torque, which is a common technique for simplifying the optimization process at the industry. Finally, the results regarding the performance and the efficiency of the optimal machines for each material before and after optimization are summarized and compared, and conclusions are drawn about the design trends and guidelines for each material, as well as about the best optimization method for each material. The entire analysis is carried out using MATLAB coupled with the finite elements software FEMM.	en
heal.advisorName	Κλαδάς, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Κλαδάς, Αντώνιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαθανασίου, Σταύρος	el
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Αντώνιος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών. Τομέας Ηλεκτρικής Ισχύος. Εργαστήριο Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	151 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false