1. Inicio
  2. Atrás
Título: Comparison of methodologies for induction motor design
Autores: Kibby, Devon
Fecha: 2014
Publicador: McGill University - MCGILL
Fuente:
Tipo: Electronic Thesis or Dissertation
Tema: Engineering - Electronics and Electrical
Descripción: In the last few decades, the world of electric machine design, specifically induction machine design, has been reinvigorated by the introduction of power electronics. Where designers were once limited to a single alternating current waveform with constant voltage and frequency, power electronics have thrown all those assumptions out the window. The change has necessitated new design methods that go beyond the typical induction motor electrical equivalent circuit seen in every textbook for the last century and have sent designers back to first principles. With that sentiment, early induction motor invention and improvements are explored. It is shown that even though the development and commercialization of the induction motor was quite rapid, the theory and understanding of the underlying physics kept pace. Basic design methodologies and tools, including the Hopkinson magnetic circuit and the Steinmetz equivalent circuit, from the so-called "'Golden Age' of induction motor development" are traced forward through textbook examples to support the claim. Newer electric machine analyses are presented in the form of the modern treatment of the magnetic equivalent circuit, MEC, and the finite element method, FEM. A derivation of the MEC element from the magnetic scalar potential is completed utilizing the theory of tubes and slices to give a more tangible justification to the field assumptions made. The knowledge from these assumptions is then applied to the FEM to show how to construct an MEC element using the FEM. Tellegen's theorem is applied to the MEC and a brief example given showing how one might compute the first-order sensitivity of a small change in stator windings in an induction motor to a small change in torque. A brief overview of the engineering design process is described with a focus on augmentation with computer aided design tools, CAD. The equivalence shown between the MEC and FEM is used to support the idea that a FEM-based electric machine CAD package could be modified to utilize MEC assumptions or knowledge in order to reduce computation time when coarser models are favored, such as in the early design stages.
Depuis les dernières quelques décennies, l'industrie de la conception de la machine électrique, spécifiquement la conception de moteur à induction, a été revigoré par l'introduction des électroniques de puissance. Là ou les concepteurs étaient jadis limités à un courant alternatif avec fréquence et voltage constant, l'électronique de puissance est venue compliquer les lignes directrices de la conception. Ces changements ont nécessité des nouvelle méthodes qui vont au-delà du circuit équivalent typique mentionné dans tous les livres de référence depuis le dernier siècle et ont reporté les concepteurs aux principes de base. C'est à partir de cette complication que l'évolution du moteur à induction depuis son invention est revisitée. Il a été démontré que, malgré son développement et sa commercialisation notablement rapides, la théorie du moteur à induction et notre compréhension des principes physiques ont suivi le rythme. Les méthodologies de base et outils de conception provenant du soi-disant âge d'or du moteur à induction, notamment le circuit magnétique Hopkins et le circuit équivalent Steinmetz, sont retracés dans les exemples à travers les livres de référence pour supporter la thèse. L'analyse des machines électriques actuelles est présentée sous la forme du circuit magnétique équivalent (MEC) moderne et par le calcul par éléments finis (FEM). Une dérivation du MEC à partir du potentiel magnétique vectoriel est réalisée en utilisant la théorie des tubes et tranches pour justifier les hypothèses concernant les champs électromagnétiques. Par la suite, ces hypothèses sont appliquées au calcul FEM pour démontrer la création d'un MEC à partir du calcul FEM. Le théorème de Tellegen est appliqué au MEC et un exemple concret est élaboré pour démontrer comment calculer la sensibilité de premier ordre entre un petit changement dans le bobinage électrique du stator et un petit changement dans le couple.Un bref aperçu du procédé de conception est apporté avec un focus sur la contribution des logiciels de conception assistée par ordinateur (CAD). L'équivalence démontrée entre la méthode du MEC et celle par le calcul FEM est utilisée pour soutenir l'idée que les logiciels CAD basés sur le calcul FEM pourraient être modifiés pour inclure les hypothèses apportées par le MEC dans le but d'économiser le temps de calcul lorsque, durant les étapes préliminaires de la conception, un modèle simple suffirait.
Idioma: en