Μοντελοποίηση, πειραματική επιβεβαίωση κινητήρα ηλεκτρικού οχήματος και προτάσεις βελτίωσης των λειτουργικών χαρακτηριστικών του

Δελδήμος, Δημήτριος; Deldimos, Dimitrios

dc.contributor.author	Δελδήμος, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Deldimos, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2023-11-21T09:55:13Z
dc.date.available	2023-11-21T09:55:13Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58304
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26000
dc.rights	Default License
dc.subject	Σύγχρονες μηχανές μονίμων μαγνητών	el
dc.subject	Ηλεκτρικά οχήματα	el
dc.subject	Σχεδιασμός ηλεκτρικού κινητήρα	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Πειραματική επιβεβαίωση	el
dc.title	Μοντελοποίηση, πειραματική επιβεβαίωση κινητήρα ηλεκτρικού οχήματος και προτάσεις βελτίωσης των λειτουργικών χαρακτηριστικών του	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Ηλεκτρικές μηχανές	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-13
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί τη σχεδιομελέτη ενός υφιστάμενου σύγχρονου κινητήρα μονίμων μαγνητών με συγκεντρωμένα μη επικαλυπτόμενα τυλίγματα (350 ΣΑΛ, 550 W) για εφαρμογή μικρού ηλεκτρικού οχήματος και στη συνέχεια βελτιστοποίηση της γεωμετρίας του, προκειμένου να θεωρηθούν οι κατασκευαστικές αποκλίσεις των λειτουργικών του χαρακτηριστικών και να προταθούν βελτιωτικές παρεμβάσεις για την πυκνότητα ισχύος, την απόδοση, και μείωση της κυμάτωσης ροπής του. Συγκεκριμένα, η εργασία περιλαμβάνει τέσσερα στάδια: ανάπτυξη κατάλληλου μοντέλου προσομοίωσης, πειραματική εξακρίβωση των παραμέτρων του συγκεκριμένου κινητήρα, ανάλυση ευαισθησίας παραμέτρων και προτεινόμενες παρεμβάσεις περαιτέρω βελτιστοποίησης της γεωμετρίας του. Αρχικά, μετά από μια σύντομη παρουσίαση των ηλεκτρικών μηχανών και των διαφόρων τύπων τους που χρησιμοποιούνται σε εφαρμογές ηλεκτρικών οχημάτων, αναλύθηκαν οι αρχές λειτουργίας και η διερεύνηση των λειτουργικών χαρακτηριστικών με βάση το ισοδύναμο κύκλωμα των σύγχρονων μηχανών επιφανειακών μονίμων μαγνητών. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ένα παραμετρικό μοντέλο που αναπαριστά με ικανοποιητική ακρίβεια τα λειτουργικά χαρακτηριστικά μίας μηχανής μονίμων μαγνητών, όταν μεταβάλλονται τα κύρια γεωμετρικά χαρακτηριστικά της, τα οποία αποτελούν εισόδους του μοντέλου. Κατόπιν, πραγματοποιήθηκε πειραματική εξακρίβωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών της υφιστάμενης μηχανής, χρησιμοποιώντας κατάλληλη πειραματική διάταξη του Εργαστηρίου Ηλεκτρικών Μηχανών και Ηλεκτρονικών Ισχύος. Τα πειραματικά αποτελέσματα της μηχανής αυτής συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα προσομοιωμένα, αναδεικνύοντας τις τεχνικές επίτευξης καλής σύγκλισης της ακρίβειας του αναπτυχθέντος μοντέλου. Ο συνδυασμός πόλων – αυλάκων της υφιστάμενης μηχανής (51 αυλάκια, 46 πόλοι) δεν παρουσιάζει συμμετρίες γεωμετρίας και διεγέρσεων και επομένως απαιτήθηκε να αναλυθεί ολόκληρη η γεωμετρία της μηχανής, με αποτέλεσμα να αυξηθεί ο υπολογιστικός φόρτος. Στη συνέχεια, προτάθηκαν μεταβολές στη γεωμετρία της μηχανής (54 αυλάκια, 48 πόλοι) οι οποίες επιτρέπουν βελτίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών της. Στο τελικό στάδιο της διπλωματικής εργασίας, αναπτύσσεται ένας αλγόριθμος βελτιστοποίησης και πραγματοποιείται ανάλυση ευαισθησίας παραμέτρων σε ορισμένα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του προτεινόμενου κινητήρα, με κριτήριο την μεγιστοποίηση μιας αντικειμενικής συνάρτησης που αφορά στην αύξηση της πυκνότητας ισχύος, της απόδοσης και τη μείωση της κυμάτωσης ροπής για ένα δεδομένο κύκλο λειτουργίας. Τα λειτουργικά χαρακτηριστικά των τοπικών βέλτιστων συγκρίνονται με εκείνα του αρχικού κινητήρα, προκειμένου να επιλεχθεί η προτεινόμενη γεωμετρία. Στις προσομοιώσεις χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό αριθμητικής ολοκλήρωσης διαφορικών εξισώσεων MATLAB σε συνδυασμό με το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων FEMM.	el
heal.abstract	The present diploma thesis undertakes a study of the structure and operating characteristics of an existing synchronous permanent magnet motor with non-overlapping concentrated windings (350 RPM, 550W) for a small electric vehicle application, and its geometry optimization in order to achieve greater power density and efficiency as well as lower torque ripple characteristics. More specifically, the study is developed in four steps: the development of a simulation model, the laboratory measurements in order to determine the operating characteristics of the specific machine, a sensitivity analysis of main geometrical parameters and proposals enabling improvements with respect to the initial design characteristics. In a first step an introduction to electric machines and the different available choices for electric vehicle applications is presented, while the operating principles and characteristics determination through the equivalent circuit of synchronous machines with surface mounted permanent magnets are described. Next, a parametric geometry model is developed, enabling simulation of the operating characteristics of such a motor with increased accuracy. Moreover, the experimental validation of the operating characteristics of the specific motor is performed through an experimental setup in the Laboratory of Electric Machines and Power Electronics of NTUA. The experimental results obtained were then compared with the simulated ones validating the developed model’s accuracy. The geometry and pole-slot combination of the specific motor (51 slots, 46 poles) presents no geometrical and excitation symmetries and as a result the solution domain comprises the whole motor geometry, increasing heavily the necessary computational means. Particular geometry modifications are proposed (54 slots, 48 poles) enabling non negligible improvements of the motor operating characteristics. In the final stage of the thesis, an optimization algorithm is developed, and sensitivity analysis is performed on some geometrical parameters of the proposed motor, enabling maximization of an adopted objective function regarding the criteria of greater power density, greater efficiency and lower torque ripple over a considered operating cycle. The local optimal geometry characteristics are then compared in order to be select the proposed design improvements. The simulations developed in this diploma thesis are based on MATLAB software coupled with 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	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	158 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false