Μαγνητική θωράκιση ηλεκτρικών οχημάτων

Abstract

Η παρούσα διδακτορική διατριβή, φιλοδοξεί να συνεισφέρει στην τεχνολογία της θωράκισης τόσο του ανθρώπινου οργανισμού όσο και του ηλεκτρικού εξοπλισμού από το μαγνητικό πεδίο, που δημιουργείται σε ηλεκτρικά οχήματα, αφενός από την φόρτιση των συσσωρευτών τους και αφετέρου από την τροφοδοσία του ηλεκτρικού κινητήρα. Η συνεισφορά αυτή έγκειται κατά κύριο λόγο στη βελτίωση της θωράκισης έναντι του μαγνητικού πεδίου που προκαλείται από ρεύματα τροφοδοσίας (κατά κύριο λόγο διακοπτικά ρεύματα) που μπορεί να φτάσουν σε συχνότητες της τάξης των kHz. Η διατριβή πραγματεύεται τρεις θεματικές ενότητες: • μελέτη της συμπεριφοράς των μαλακών μαγνητικών υλικών, τα οποία είναι σε θέση να εγκλωβίζουν μαγνητικό πεδίο λόγω της μεγάλης μαγνητικής διαπερατότητας που εμφανίζουν • προσομοιώσεις διατάξεων θωράκισης με την μέθοδο της ανάλυσης πεπερασμένων στοιχείων, που μπορούν να μειώσουν τον χρόνο και το κόστος της εν λόγω μελέτης • μελέτες περίπτωσης, όπου εξετάζονται διαφορετικά μαγνητικά υλικά και τεχνικές προσομοίωσης για την θωράκιση έναντι μαγνητικού (και ηλεκτρικού) πεδίου Η διατριβή διαρθρώνεται στα εξής κεφάλαια: • Κεφάλαιο 1: Βιβλιογραφική ανασκόπηση. Παρουσιάζεται λεπτομερής αποτύπωση της διεθνούς βιβλιογραφίας, μελετώντας άρθρα έγκριτων διεθνών περιοδικών, που αφορούν στην θωράκιση έναντι του μαγνητικού πεδίου. Έμφαση δίνεται στις συνθήκες φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων και μάλιστα στην ασύρματη φόρτισή τους. • Κεφάλαιο 2: Υλικά Μαγνητικής Θωράκισης. Μελετώνται μαγνητικά υλικά μεγάλης μαγνητικής διαπερατότητας, όπως μονοφασικοί και ηλεκτρικοί χάλυβες φερριτικής δομής, επιστρώσεις μαλακών μαγνητικών υλικών, όπως permalloy, καθώς επίσης και τα πιο σύγχρονα άμορφα και νανοκρυσταλλικά υλικά. Τα υλικά αυτά κατασκευάζονται στο εργαστήριο και στη συνέχεια παρουσιάζονται οι διαθέσιμες διατάξεις μέτρησης, μία από τις οποίες συνιστά καινοτομία στο πεδίο των μαγνητικών μετρήσεων. Ως τελικό αποτέλεσμα η μελέτη περιλαμβάνει την μέτρηση των μαγνητικών ιδιοτήτων (μαγνητική διαπερατότητα), καθώς και στον δομικό και μικροδομικό χαρακτηρισμό τους, τα οποία στην συνέχεια θα χρησιμοποιηθούν στη θωράκιση ηλεκτρικών οχημάτων. • Κεφάλαιο 3: Θωράκιση Ηλεκτρικών οχημάτων. Με βάση τα χρησιμοποιούμενα μαγνητικά υλικά εξετάζεται η συνεισφορά της θωράκισης με μαλακά μαγνητικά (αλλά και μη μαγνητικά αγώγιμα) υλικά σε καλωδιώσεις μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας, προσομοιώνοντας έτσι τις συνθήκες ενσύρματης ή ασύρματης φόρτισης και κίνησης του ηλεκτρικού οχήματος. Επίσης, μελετάται η κατανομή του μαγνητικού πεδίου στα ηλεκτρικά οχήματα και προτείνεται θωράκιση, η οποία δεν επιτρέπει την υπέρβαση του μαγνητικού πεδίου πάνω από τα επιτρεπόμενα όρια, σε συγκεκριμένα χωρικά όρια στην καμπίνα των επιβατών. • Κεφάλαιο 4: Συμπεράσματα και Μελλοντική Εργασία. Παρουσιάζονται τα συμπεράσματα της διατριβής και οι προτάσεις για την μελλοντική έρευνα. Οι υπολογισμοί του μαγνητικού και του ηλεκτρικού πεδίου, καθώς και η διαστασιολόγηση των αντίστοιχων διατάξεων θωράκισης πραγματοποιήθηκαν με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και συγκεκριμένα στο πρόγραμμα ANSYS Maxwell 2D and 3D, Release 17.1 Academic. Οι πειραματικές μετρήσεις, με σκοπό την επαλήθευση των εν λόγω υπολογισμών, πραγματοποιήθηκαν με χρήση πρότυπων πηγών ρεύματος και κατάλληλων διακριβωμένων μετρητικών οργάνων (πεδιόμετρα, αμπερόμετρα) στο εργαστήριο, καθώς επίσης και με μετρήσεις πεδίου.