Σχεδιασμός Και Βελτιστοποίηση Γεωμετρίας Κινητήρα Επαγωγής Ισχύος 10mw Για Εφαρμογή Σε Ηλεκτροπρόωση Πλοίου

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί τη λεπτομερή σχεδίαση και βελτιστοποίηση της γεωμετρίας ενός κινητήρα επαγωγής για εφαρμογή σε σύστημα ηλεκτροπρόωσης διπλού καυσίμου σε πλοίο μεταφοράς υγροποιημένου φυσικού αερίου. Συγκεκριμένα, πρόκειται για ένα σύστημα που αποτελείται από μηχανές διπλού καυσίμου που χρησιμοποιούν ως καύσιμο ατμοποιημένο φυσικό αέριο και βαρύ πετρέλαιο, εναλλάκτες που μετατρέπουν τη μηχανική ενέργεια σε ηλεκτρική ενώ στη συνέχεια μέσω μετατροπέων τροφοδοτούν τους ασύγχρονους κινητήρες κύριας πρόωσης. Οι κινητήρες πρόωσης που χρησιμοποιούνται στην εφαρμογή αυτή χαρακτηρίζονται από υψηλή ισχύ της τάξης των 10 ΜW και άνω, και χαμηλή ταχύτητα περιστροφής.Στο πρώτο στάδιο της εργασίας πραγματοποιείται βιβλιογραφική διερεύνηση σχετικά με την ηλεκτροπρόωση πλοίων, των επιλογών που υπάρχουν, τις νέες τάσεις καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα αυτής. Στη συνέχεια, διερευνάται η συγκεκριμένη εφαρμογή, η οποία αφορά ηλεκτροπρόωση πλοίου μεταφοράς υγροποιημένου φυσικού αερίου. Επιπλέον, πραγματοποιείται μια σύντομη περιγραφή της διαμόρφωσης και των χαρακτηριστικών των κινητήρων επαγωγής.Σε δεύτερο στάδιο, παρουσιάζεται αναλυτικά η διαδικασία της προκαταρκτικής σχεδίασης του κινητήρα μέσω αναλυτικών σχέσεων της κλασικής σχεδίασης, ενώ επιλέγονται τα υλικά κατασκευής. Στη συνέχεια, επιλέγεται τόσο η γεωμετρία του στάτη όσο και του δρομέα, ενώ πραγματοποιείται συγκριτική αξιολόγηση μεταξύ διανεμημένου τυλίγματος μονής στρώσης πλήρους βήματος και διπλής στρώσης κλασματικού βήματος. Η διαδικασία ολοκληρώνεται, μέσω της οριστικής σχεδίασης με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων υπολογίζονται τα χαρακτηριστικά επίδοσης και απόδοσης για την αρχικά επιλεχθείσα γεωμετρία, καθώς επίσης και οι παράμετροι του ισοδυνάμου κυκλώματος, προκειμένου να είναι δυνατή η εισαγωγή της σχεδιασμένης μηχανής σε δυναμικό μοντέλο ελέγχου.Στο τελικό στάδιο, πραγματοποιείται η βελτιστοποίηση της γεωμετρίας του κινητήρα για την ονομαστική κατάσταση λειτουργίας με την τεχνική ανάλυσης ευαισθησίας γεωμετρικών παραμέτρων τόσο του στάτη όσο και του δρομέα. Η βελτιστοποίηση βασίζεται σε κριτήρια ελαχιστοποίησης απωλειών του κινητήρα προκειμένου να δημιουργηθεί ένα σύστημα πρόωσης υψηλής απόδοσης. Συνεπώς, προκύπτει ελαχιστοποίηση των συνολικών απωλειών, μέσω της αναζήτησης ενός βέλτιστου συνδυασμού των μεταβλητών συνιστωσών των απωλειών πυρήνα και χαλκού, αντίστοιχα. Με την επιλογή της βέλτιστης γεωμετρίας, υπολογίζονται εκ νέου τα χαρακτηριστικά επίδοσης και απόδοσης της τελικής γεωμετρίας, καθώς επίσης και το ισοδύναμο κύκλωμα μεταβλητών παραμέτρων.