Πειραματική επιβεβαίωση σχεδιομελέτης κινητήρα μονίμων μαγνητών για ηλεκτροπρόωση πλοίου

Abstract

Στα πλαίσια της παρουσίας διπλωματικής εργασίας πραγματοποιήθηκε σχεδιομελέτη σύγχρονου κινητήρα μονίμων μαγνητών, ο οποίος προορίζεται για ηλεκτροπροώση πλοίου και κατασκευάσθηκε κατάλληλο πρότυπο μαγνητικό κύκλωμα γραμμικής μηχανής μονίμων μαγνητών για την πειραματική επιβεβαίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του κινητήρα. Το μαγνητικό κύκλωμα κατασκευάσθηκε με αντίστοιχα υλικά και έχει όμοια γεωμετρικά χαρακτηριστικά στο διάκενο με αυτό του σύγχρονου κινητήρα μονίμων μαγνητών περιλαμβάνοντας τέσσερα ζέυγη πόλων στάτη και δύο ζεύγη πόλων δρομέα στα πλαίσια θεώρησης της κίνησης του δρομέα. Αρχικά, παρουσιάζονται τα κύρια χαρακτηριστικά της ηλεκτροπρόωσης, και των εφαρμογών της καθώς και η εισαγωγή της στα σύγχρονα πλοία, ενώ αναλύονται και τα κύρια υποσυστήματα που χρησιμοποιούνται από την παραγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας μέχρι και τελική μετατροπή της σε μηχανικό έργο για την περιστροφή της προπέλας. Στη συνέχεια αναλύονται οι εναλλακτικές διαμορφώσεις των σύγχρονων κινητήρων με έμφαση στους σύγχρονους κινητήρες μονίμων μαγνητών. Αναφέρονται τα πλεονεκτήματα αλλά και τα μειονεκτήματα που παρουσιάζουν έναντι των άλλων τύπων κινητήρων καθώς και παρατίθεται σύντομη περιγραφή των χαρακτηριστικών των σιδηρομαγνητικών υλικών που χρησιμοποιούνται. Επίσης, επεξηγείται η λειτουργία της γραμμικής μηχανής στην οποία βασίσθηκε το δοκίμιο πειραματικής επιβεβαίωσης των χαρακτηριστικών του κινητήρα. Σε ένα επόμενο βήμα περιγράφεται ο σύγχρονος κινητήρας μονίμων μαγνητών που σχεδιάστηκε χρησιμοποιώντας το λογισμικό πεπερασμένων στοιχείων Ansys/Maxwell και αναλύονται η γεωμετρία και τα λειτουργικά χαρακτηριστικά του. Με βάση την γεωμετρία του κινητήρα υπολογίζεται το αντίστοιχο πρότυπο μαγνητικό κύκλωμα γραμμικής μηχανής που χρησιμοποιήθηκε για την πειραματική επιβεβαίωση των λειτουργικών χαρακτηριστικών του κινητήρα. Ακόμη, αναλύεται η διαδικασία κατασκευής της πρότυπης γραμμικής μηχανής και οι κατασκευαστικές ατέλειες που διαπιστώθηκαν κατά τις μετρήσεις. Μετά την κατασκευή της γραμμικής μηχανής συγκρίνονται τα πειραματικά αποτελέσματά με τα προσομοιωμένα για την αναπτυσσόμενη ηλεκτρεγερτική δύναμη της μηχανής, τη μέγιστη εφαπτωμενική δύναμη σε κενό φορτίο και υπό φορτίο και τις απώλειες. Τέλος καταγράφηκαν τα συμπεράσματα της εργασίας και αναφέρθηκαν μελλοντικές δυνατότητες αξιοποίησης του δοκιμίου της γραμμικής μηχανής.