Θερμική Ανάλυση Κινητήρα Μονίμων Μαγνητών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως αντικείμενο τα θερμικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των ηλεκτρικών μηχανών. Η θερμική συμπεριφορά των ηλεκτρικών μηχανών αποτελεί κρίσιμη παράμετρο που πρέπει να ληφθεί υπόψη κατά τη σχεδίαση τους, καθώς επηρεάζει σε πολύ μεγάλο βαθμό την αξιοπιστία τους αλλά και τη διάρκεια ζωής αυτών.Ο κινητήρας που μελετάται στην παρούσα εργασία προορίζεται για εφαρμογή σε ηλεκτρικό όχημα, και η θερμική του συμπεριφορά μελετάται με την χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων και μέσω ενός ισοδύναμου θερμικού μοντέλου συγκεντρωμένων παραμέτρων. Αρχικά, μελετώνται τα θερμικά φαινόμενα που διέπουν τη λειτουργία του ηλεκτρικού κινητήρα και περιγράφονται οι μαθηματικές σχέσεις που διέπουν τη μετάδοση της θερμότητας στο εσωτερικό της μηχανής. Στη συνέχεια, αναπτύσσεται το ισοδύναμο θερμικό μοντέλο των συγκεντρωμένων παραμέτρων όπου περιγράφονται αναλυτικά ο τρόπος σύνδεσης των στοιχείων του κυκλώματος αλλά και το πώς υπολογίστηκαν τα διάφορα στοιχεία που το απαρτίζουν. Η συγκεκριμένη μέθοδος επιτυγχάνει καλά αποτελέσματα απαιτώντας πολύ περιορισμένο χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος και μικρή υπολογιστική ισχύ. Στη συνέχεια, πραγματοποιείται η ανάλυση του προβλήματος με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων για τρισδιάστατη γεωμετρία, η οποία επιτυγχάνει καλύτερη ακρίβεια από την ανάλυση δύο διαστάσεων, απαιτώντας όμως μεγαλύτερη υπολογιστική ισχύ και χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος. Τέλος, πραγματοποιήθηκαν πειραματικές μετρήσεις στον υφιστάμενο κινητήρα για επιβεβαίωση των αποτελεσμάτων των δύο μεθόδων θερμικής ανάλυσης που αναπτύχθηκαν.Με την ολοκλήρωση της εργασίας αναδεικνύεται η εγκυρότητα των δύο μεθόδων θερμικής ανάλυσης και επιχειρείται σύγκρισή τους ώστε να διαπιστωθούν τα σχετικά τους πλεονεκτήματα με βάση την ακρίβεια των αποτελεσμάτων,την απαιτούμενη υπολογιστική ισχύ και τον χρόνο εκτέλεσης του προγράμματος.