Θερμική ανάλυση Κινητήρα Μόνιμων Μαγνητών Με Πεπερασμένα Στοιχεία Και Μοντέλο συγκεντρωμένων Παραμέτρων

Abstract

Η παρούσα διπλωματική εργασία καταπιάνεται με τα θερμικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα στο εσωτερικό των ηλεκτρικών μηχανών. Η θερμική ανάλυση της συμπεριφοράς των ηλεκτρικών μηχανών αποτελεί μια κρίσιμη παράμετρο στην κατασκευή τους καθώς η μετάδοση θερμότητας επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την απόκριση τους.Η θερμική συμπεριφορά του κινητήρα μονίμων μαγνητών, που προορίζεται για χρήση εναλλάκτη και πρόκειται να μελετήσουμε στην εργασία αυτή, θα πραγματοποιηθεί με την χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων και ενός ισοδύναμου θερμικού μοντέλου. Αρχικά θα αναλυθούν τα θερμικά φαινόμενα που διέπουν την λειτουργία του ηλεκτρικού κινητήρα και οι μαθηματικές εξισώσεις που περιγράφουν την μετάδοση της θερμότητας στο εσωτερικό του. Στη συνέχεια θα επιλυθεί ένα απλό θερμικό πρόβλημα μέσω των αναλυτικών σχέσεων και του κώδικα των πεπερασμένων στοιχείων για τον έλεγχο της αξιοπιστίας των αποτελεσμάτων που δίνει η συγκεκριμένη μέθοδος. Όταν γίνει σαφής προσδιορισμός των συνθηκών και των παραμέτρων του θερμικού προβλήματος, αναπτύσσεται ένα ισοδύναμο θερμικό μοντέλο συγκεντρωμένων παραμέτρων που θα προσεγγίσει την θερμική συμπεριφορά του κινητήρα. Η επίλυση του θερμικού προβλήματος του κινητήρα με την συγκεκριμένη μέθοδο επιτυγχάνεται πολύ γρήγορα και με μικρή υπολογιστική ισχύ, τόσο για την μεταβατική όσο και για την μόνιμη κατάσταση. Έπειτα θα αναλυθεί ο κινητήρας με το πρόγραμμα πεπερασμένων στοιχείων σε δύο δισδιάστατες γεωμετρίες, παρέχοντας αποτελέσματα για οποιαδήποτε σημείο του κινητήρα για την μόνιμη κατάσταση λειτουργίας.Η εργασία μετά συγκρίνει τα αποτελέσματα και την αξιοπιστία των δύο εναλλακτικών προσεγγίσεων της θερμικής συμπεριφοράς του ηλεκτρικού κινητήρα μονίμων μαγνητών. Έμφαση δίνεται στην ανάλυση της μόνιμης κατάστασης και της ακρίβειας των δύο μεθόδων. Με την ολοκλήρωση της εργασίας αναδεικνύεται η καταλληλόλητα των δύο μεθόδων θερμικής προσομοίωσης για του κινητήρες μονίμων μαγνητών που έχουν σχεδιαστή για την σαν εναλλάκτες στην κίνηση και τον έλεγχο διαφορετικών συστημάτων.