Δημιουργία παραμετροποιημένου μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων και εύρεση επίδρασης σχήματος αυλακώσεων στη συμπεριφορά ασύγχρονης μηχανής
Γυφτάκης, Κωνσταντίνος
Gyftakis, Konstantinos
Μητρονίκας, Επαμεινώνδας
Καππάτου, Τζόγια
Στην παρούσα εργασία δημιουργήθηκε μια βιβλιοθήκη παραμετροποιημένων μοντέλων Ασύγχρονων Τριφασικών Μηχανών κλωβού σε δύο διαστάσεις, σύμφωνα με τα πρότυπα που απαιτεί η ΝΕΜΑ, δηλαδή το διαχωρισμό των τεσσάρων κλάσεων σχεδίασης του δρομέα. Στη συνέχεια, με τη χρήση αυτών των μοντέλων, έγινε Ηλεκτρομαγνητική Aνάλυση με τη μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων και μελετήθηκε η επίδραση που έχει το Σχήμα των αυλακώσεων του δρομέα στα ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη και τη λειτουργική συμπεριφορά της Ασύγχρονης Μηχανής. Επίσης μελετήθηκαν οι επιδράσεις που επιφέρει το κλείσιμο του στομίου των αυλακώσεων του στάτη και του δρομέα στο πεδίο και στις χαρακτηριστικές της Ασύγχρονης Μηχανής.
Ο σχεδιασμός των μηχανών πραγματοποιήθηκε με χρήση του προγράμματος OPERA Electromagnetic Design. Έγινε αξιοποίηση των γεωμετρικών και ηλεκτρικών χαρακτηριστικών ενός συγκεκριμένου τετραπολικού κινητήρα κλωβού, ισχύος 5kW, με 48 αυλακώσεις στο δρομέα και 36 στο στάτη.
Τα παραμετροποιημένα μοντέλα πεπερασμένων στοιχείων δημιουργήθηκαν ακολουθώντας τη μέθοδο σχεδιασμού με εντολές κώδικα αντί της μεθόδου, που συνήθως χρησιμοποιείται, με χρήση των έτοιμων σχεδιαστικών εργαλείων στην επιφάνεια εργασίας του προγράμματος. Αυτό γιατί τα μοντέλα μας , επιθυμούσαμε να είναι εύπλαστα από γεωμετρικής άποψης, πράγμα που δεν μας έδινε ο δεύτερος τρόπος σχεδιασμού, αν και πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος. Αποτέλεσμα ήταν η δημιουργία μιας βιβλιοθήκης παραμετροποιημένων μοντέλων μηχανών, η οποία υπακούει στις σχεδιαστικές προδιαγραφές που επιβάλει η ΝΕΜΑ.
Τα μοντέλα αυτά έπρεπε να είναι παραμετροποιημένα λόγω του ότι σκοπός μας είναι να συγκρίνουμε τη λειτουργία Ασύγχρονων Μηχανων με διαφορετικό σχήμα των αυλακώσεων του δρομέα. Έτσι, είναι φανερό ότι με την επιλογή αυτή δημιουργούμε ένα μειονέκτημα και ταυτόχρονα τρία πλεονεκτήματα. Το μειονέκτημα είναι ότι η σχεδίαση με τη χρήση των εντολών του προγράμματος δεν είχε εκπονηθεί από κάποιον στο παρελθόν στο εργαστήριο, πράγμα το οποίο κόστισε σε χρόνο περισσότερο από ό,τι θα κόστιζε η συμβατική μέθοδος και υπήρξε εξαιρετικά επίπονη έρευνα. Τα πλεονεκτήματά μας από την άλλη ήταν: α) Το γεγονός ότι δεν χρειάστηκε να σχεδιασθεί από την αρχή κάθε μοντέλο που θέλαμε να μελετήσουμε, β) Ο εύκολος και γρήγορος σχεδιασμός ενός κινητήρα κλωβού από οποιονδήποτε χρήστη, ακόμα και κάποιου που δεν έχει μελετήσει το πρόγραμμα σχεδίασης που χρησιμοποιούμε και γ) Η δημιουργία ενός πολύ χρήσιμου εργαλείου για περαιτέρω χρησιμοποίηση και έρευνα στον τομέα του σχεδιασμού ηλεκτρικών μηχανών.
Στη συνέχεια, επεκτείναμε την έρευνα σε μοντέλα, θεωρώντας γραμμική και μη γραμμική χαρακτηριστική του σιδηρομαγνητικού υλικού της μηχανής, για την περίπτωση των κλειστών αυλακώσεων είτε του δρομέα, είτε του στάτη με σφήνες, είτε και των δύο περιπτώσεων ταυτόχρονα. Για το κλείσιμο των αυλακώσεων χρησιμοποιήσαμε υλικά διαφορετικής μαγνητικής διαπερατότητας και μελετήσαμε τα ηλεκτρομαγνητικά μεγέθη για τα μοντέλα που προέκυψαν. Η διπλωματική αυτή πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Ηλεκτρομηχανικής Μετατροπής Ενέργειας.
