Θερμική Ανάλυση Σύγχρονου Κινητήρα Μονίμων Μαγνητών

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρεί την μοντελοποίηση των θερμικών φαινομένων που λαμβάνουν χώρα στις ηλεκτρικές μηχανές τόσο σε μόνιμη κατάσταση όσο και σε μεταβατικές αποκρίσεις. Στόχος είναι η μελέτη της θερμικής συμπεριφοράς κινητήρων μονίμων μαγνητών, οι οποίοι προτείνονται για την αντικατάσταση των υδραυλικών συστημάτων ελέγχου ταχύτητας των πτερυγίων πλοήγησης των αεροσκαφών. Η μετάδοση θερμότητας στο εσωτερικό των ηλεκτρικών μηχανών επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την απόκρισή τους και γι’ αυτόν τον λόγο αποτελεί μία από τις κρισιμότερες παραμέτρους κατά τη σχεδίαση και την ανάλυση της συμπεριφοράς τους. Η εργασία σε ένα πρώτο βήμα καταγράφει αναλυτικά τους μηχανισμούς με τους οποίους μεταδίδεται η θερμότητα στο εσωτερικό των ηλεκτρικών μηχανών καθώς και τις μαθηματικές σχέσεις που περιγράφουν τους μηχανισμούς αυτούς. Σε ένα δεύτερο βήμα αναπτύσσεται ένα ισοδύναμο θερμικό μοντέλο συγκεντρωμένων παραμέτρων, το οποίο επιτρέπει την ανάλυση των θερμικών φαινομένων τόσο σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας όσο και στη διάρκεια μεταβατικών καταστάσεων με μεγάλη ταχύτητα και με μικρό υπολογιστικό κόστος. Επιπλέον πραγματοποιείται μοντελοποίηση χρησιμοποιώντας τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων σε γεωμετρίες δύο διαστάσεων, η οποία αναπαριστά λεπτομερώς την τοπική κατανομή των θερμοκρασιών σε μόνιμη κατάσταση λειτουργίας. Οι προαναφερόμενες μεθοδολογίες εφαρμόζονται στην περίπτωση ενός εικοσαπολικού κινητήρα μονίμων μαγνητών, που προορίζεται για εφαρμογές ελέγχου ταχύτητας σε συστήματα πλοήγησης σύγχρονων αεροσκαφών. Τα αριθμητικά αποτελέσματα των μεθόδων συγκρίνονται με αντίστοιχα πειραματικά σε εργαστηριακό δοκίμιο κινητήρα.Με την ολοκλήρωση της παρούσας διπλωματικής εργασίας αναδείχθηκε η καταλληλότητα των δύο μεθόδων προσομοίωσης που αναπτύχθηκαν για την ανάλυση των θερμικών φαινομένων σε κινητήρες μονίμων μαγνητών που προορίζονται για την οδήγηση των συστημάτων πλοήγησης των αεροσκαφών και υφίστανται σημαντικές θερμικές καταπονήσεις.