Simulacija in optimizacija asinhronskega stroja s kratkostično kletko

V magistrskem delu je prikazan razvoj programske opreme za simulacijo in optimizacijo asinhronskega stroja s kratkosticno kletko. Simulacija je izvedena v domeni koncnih elementov z že obstojecim programom za simulacijo struktur v domeni koncnih elementov (FEMM). Prikazana je tudi uporaba izdelanega programa na primeru že obstojecega oz. v industriji izdelanega stroja. V drugem poglavju so najprej predstavljene osnovne znacilnosti uporabljenih programskih orodij (Microsoft Visual Basic, FEMM, Scilab). Jedro magistrskega dela je v tretjem poglavju in predstavlja razvoj programa, ki je smiselno razdeljen na vec samostojnih modulov. V zacetnem delu je prikazan razvoj graficnega vmesnika za parametricen vnos konstrukcijskih podatkov stroja, ki so osnova simulacije. Graficni vmesnik je razvit z okoljem Microsoft Visual Basic in predstavlja interaktivno povezavo med uporabnikom in vsemi moduli programa. Ko so konstrukcijski podatki stroja znani, se lahko izdela model stroja v programu FEMM. Pri tem se moramo zavedati, da je model stroja dvodimenzionalen in tako zanemari stevilne pojave. Iz danega razloga je v nadaljevanju programa izvedena se dopolnitev modela stroja, ki deloma uposteva zanemarjene pojave (kot povisana specificna upornost se upostevajo glave statorskega navitja, kratkosticni obroc, delovna temperatura navitja in faktor polnjenja navitja v utorih). Ko je model stroja v programu FEMM dopolnjen, se lahko izvede simulacija stroja. V programu FEMM je predpostavljeno, da so vsi modeli tokovno napajani. V mojem primeru želim imeti napetostno napajan stroj, zato je treba v program vkljuciti doloceno iteracijsko metodo (postopno približevanje), ki poisce ustrezen tok za doseg želene napetosti na navitjih. Ker je model stroja dvodimenzionalen, je v izracun naknadno vkljuceno tudi stresanje glav navitja in kratkosticnega obroca, ki ju izracunamo analiticno. V simulaciji so izgube v jedru stroja zanemarjene, le-te se izracunajo na podlagi rezultatov poprocesorja programa FEMM. Vsi bistveni podatki, pridobljeni s simulacijo, se shranijo v posebno tekstovno datoteko in so tako na voljo za nadaljnjo analizo. Na podlagi shranjenih podatkov simulacije je v nadaljevanju prikazan nacin izracuna elementov nadomestnega vezja v odvisnosti od slipa, izveden pa je tudi izracun karakteristik stroja na podlagi nadomestnega vezja. V zadnjem delu je v program vkljucena se optimizacija geometrije stroja, ki temelji na metodi oblikovanja poskusov (ang. Design of experiments). V program sta vkljuceni dve metodi oblikovanja poskusov, in sicer metoda Taguchi ter metoda centralno kompozitno oblikovanje (ang. Central composite design). V kombinaciji s centralnim kompozitnim oblikovanjem je uporabljena se metodologija odzivnih povrsin (ang. Response surface methodology) in optimizacija z genetskimi algoritmi. Magistrsko delo smiselno zakljucuje cetrto poglavje, kjer je prikazana uporaba programa na že obstojecem oz. izdelanem stroju. Najprej je izvedena simulacija izbranega stroja v programu FEMM ter primerjava rezultatov simulacije z rezultati meritev stroja v laboratoriju. Izkaže se, da izdelan program zadovoljivo modelira in analizira asinhronski stroj za potrebe magistrskega dela. Slednja ugotovitev je pomembna, saj je na danem modelu izvedena se optimizacija geometrije stroja za konkreten primer iz industrije (cim visji izkoristek pri nazivni moci stroja), in samo ce je model stroja ustrezen, lahko pricakujemo verodostojne rezultate. Pri prvem poskusu optimizacije je narejena samo optimizacija za cim visji izkoristek pri nazivni moci stroja, pri cemer nam cena stroja in ostale kolicine niso pomembne. V tem primeru se je izkazalo, da je možno precej izboljsati izkoristek stroja (izkoristek se povisa za 2,9 %), vendar pa se pri tem neizbežno povecajo dimenzije stroja in s tem cena izdelave (cena se povisa za 16 %). Precej se zniža tudi faktor delavnosti. V drugem primeru imamo poleg obstojecih zahtev se zahtevo po cim nižji ceni in cim visjemu faktorju delavnosti, zato se izkoristek stroja ne poveca izjemno veliko (za 1,4 %), cena stroja pa se povisa za 12,6 %. Faktor delavnosti pa je v tem primeru visji (glede na referencni stroj).