Razvoj matematičnih modelov v eksplicitni obliki za načrtovanje in analizo sinhronskih strojev s trajnimi magneti in aksialnim magnetnim pretokom : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2019

aksialni magnetni pretok   analiza   brez feromagnetnega jedra   eksplicitna oblika   matematični modeli   metoda končnih elementov   načrtovanje   razvoj   sinhronski stroji   trajni magneti

Univerza v Mariboru, Fakulteta za energetiko

V doktorski disertaciji je predlagana metodologija ta načrtovanje sinhronskih strojev s trajnimi magneti in aksialnim magnetnim pretokom (SSTMAMP) brez feromagnetnega jedra statorja in z dvojnim zunanjim rotorjem. Metodologija načrtovanja temelji na razvitem modelu za izračun aksialne komponente gostote magnetnega pretoka v sredini statorja z obojestranski zračno režo oz. na sredini razdalje med nasproti ležečimi trajnimi magneti. Vrednosti aksialne komponente gostote magnetnega pretoka v sredini statorja z obojestranski zračno režo pri različnih geometrijskih parametrih predstavljajo vhodne podatke za razvoj matematičnega modela v eksplicitni obliki. Sami vhodni podatki so izračunani s pomočjo poenostavljene metode končnih elementov (MKE), kar pomeni, da so izračuni opravljeni 3D izračuni modela, ki ima namesto statorja samo zrak. Takšna poenostavitev je možna zaradi podobne vrednosti permeabilnosti zraka in bakra. Pri samem poenostavljenem izračunu s pomočjo MKE se aksialna komponenta gostote magnetnega pretoka analizira po črti, ki poteka skozi težišči nasproti ležečih trajnih magnetov ter skozi oba rotorska diska. Vrednost aksialne komponente na sredini razdalje med trajnimi magneti je izbrana za vhodni podatek, saj le-ta predstavlja najnižjo vrednost. Nabor vhodnih podatkov je sestavljen iz vrednosti aksialne komponente magnetnega pretoka na sredini razdalje med trajnimi magneti pri različnih debelina statorja, rotorskih diskov in trajnih magnetov. Takšni vhodni podatki omogočajo razvitemu matematičnemu modelu upoštevanje nelinearnosti materialov. Matematični model je razvit s pomočjo aproksimacije, in sicer s pomočjo metode najmanjših kvadratov, ki se je izkazala za najustreznejšo metodo. Predstavljene izvedbe SSTMAMP, numerične in analitične metode za izračun porazdelitve magnetnega pretoka, postopek za določitev matematičnih modelov v eksplicitni obliki za določitev vrednosti gostote magnetnega pretoka v sredini statorja z obojestransko zračno režo, postopek za določitev karakteristik SSTMAMP, načrtovanje in analiza SSTMAMP brez feromagnetnega jedra statorja in z dvojnim zunanjim rotorjem ter eksperimentalna potrditev karakteristik.

07.08.2023