Cilindros
Páginas: 14 (3467 palabras)
Publicado: 2 de julio de 2015
APORTACIONES AL ESTUDIO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
6. MODELOS ANALIZADOS.
6.1.
Prototipos desarrollados en el DEE.
Los prototipos se iniciaron con la tesis doctoral de Ricard Bosch [112] con el prototipo B-1 compuesto
de dos inductores planos ABB con un disco de aluminio entre ellos, en configuración NNó NS.
El siguiente fue el B-2, que ampliaba las prestaciones del B-1 mediante la inclusión de cabezas de
bobina en el rótor de aluminio.
El siguiente paso, el B-3 añadió estabilizadores a la levitación del rótor, con un rediseño de las cabezas
de bobina del rótor.
Todos los prototipos B-3 estaban compuestos por inductores a base de material ferromagnético con
ranuras donde se alojaban las bobinasinductoras.
INDUCTOR
INDUCTOR
ROTOR
Figura 107. Máquina B-1.
El paso siguiente fueron los prototipos RB, que dejaron de incorporar ranuras en los inductores,
pasando a un diseño de inductores toroidales ferromagnéticos, con conductor bobinado con lanzadera
directamente sobre ellos.
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 145 de 352
APORTACIONES ALESTUDIO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
Todos los RB han tenido en común unos valores de diseño inicial comunes:
Kr = 0.65 , p = 20
INDUCTORES
ROTOR
Figura 108. Máquina RB.
El siguiente paso ha sido eliminar completamente el hierro de la máquina bobinando los inductores
sobre un núcleo de madera, con el fin deque actúe únicamente como soporte de las bobinas
inductoras. En este caso se emplea un único inductor y el rótor de aluminio envuelve completamente al
estator. Los parámetros de diseño se han seguido manteniendo iguales.
ROTOR
INDUCTOR
Figura 109. Máquina DASER.
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 146 de 352
APORTACIONES AL ESTUDIO DE LASMAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
6.2.
Descripción del modelo tridimensional.
La máquina analizada es una máquina de flujo axial compuesta por (ver figura 102)
• 2 semiestátores toroidales de material ferromagnético.
• 1 rotor de aluminio en forma de disco.
• 2 devanados inductores. Uno en cada semiestátor.
Figura 110.Motor de flujo axial analizado.
No se han tenido en cuenta las cabezas de bobina de los dos devanados inductores ni del rótor. Es
habitual encontrar cabezas de bobina rotóricas den forma de T, con el fin de permitir el retorno de las
corrientes rotóricas en una zona fuera de la influencia de los devanados inductores [115] .
La razón que ha llevado a la simplificación del modelo es evitar la excesivacomplejidad de la
geometría. Cuando se emplean geometrías muy complicadas se pueden producir errores de cálculo
debido a la aparición de discontinuidades entre elementos, o distorsiones de la malla
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 147 de 352
APORTACIONES AL ESTUDIO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DELOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
Figura 111. Vista despiece de la máquina.
Otro factor a tener en cuenta es la memoria disponible, que en el caso del análisis que nos ocupa
llegaba a generar ficheros de 600 MB durante los procesos de triangulación de la matriz de la ecuación
(6.57) previa a la solución. Se probaron geometrías más complicadas, dando como resultado un
desbordamiento delsistema. Por lo que se optó por este modelo simplificado.
No hay que olvidar que los análisis que se presentan son análisis tridimensionales de la máquina, lo
que supone que el número de elementos crece de manera exponencial, respecto a un análisis
bidimensional típico. Que, todo se ha de decir, hace más simplificaciones que las expuestas para este
modelo.
Eduardo Frías Valero
Departamento de...
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
6. MODELOS ANALIZADOS.
6.1.
Prototipos desarrollados en el DEE.
Los prototipos se iniciaron con la tesis doctoral de Ricard Bosch [112] con el prototipo B-1 compuesto
de dos inductores planos ABB con un disco de aluminio entre ellos, en configuración NNó NS.
El siguiente fue el B-2, que ampliaba las prestaciones del B-1 mediante la inclusión de cabezas de
bobina en el rótor de aluminio.
El siguiente paso, el B-3 añadió estabilizadores a la levitación del rótor, con un rediseño de las cabezas
de bobina del rótor.
Todos los prototipos B-3 estaban compuestos por inductores a base de material ferromagnético con
ranuras donde se alojaban las bobinasinductoras.
INDUCTOR
INDUCTOR
ROTOR
Figura 107. Máquina B-1.
El paso siguiente fueron los prototipos RB, que dejaron de incorporar ranuras en los inductores,
pasando a un diseño de inductores toroidales ferromagnéticos, con conductor bobinado con lanzadera
directamente sobre ellos.
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 145 de 352
APORTACIONES ALESTUDIO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
Todos los RB han tenido en común unos valores de diseño inicial comunes:
Kr = 0.65 , p = 20
INDUCTORES
ROTOR
Figura 108. Máquina RB.
El siguiente paso ha sido eliminar completamente el hierro de la máquina bobinando los inductores
sobre un núcleo de madera, con el fin deque actúe únicamente como soporte de las bobinas
inductoras. En este caso se emplea un único inductor y el rótor de aluminio envuelve completamente al
estator. Los parámetros de diseño se han seguido manteniendo iguales.
ROTOR
INDUCTOR
Figura 109. Máquina DASER.
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 146 de 352
APORTACIONES AL ESTUDIO DE LASMAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DE LOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
6.2.
Descripción del modelo tridimensional.
La máquina analizada es una máquina de flujo axial compuesta por (ver figura 102)
• 2 semiestátores toroidales de material ferromagnético.
• 1 rotor de aluminio en forma de disco.
• 2 devanados inductores. Uno en cada semiestátor.
Figura 110.Motor de flujo axial analizado.
No se han tenido en cuenta las cabezas de bobina de los dos devanados inductores ni del rótor. Es
habitual encontrar cabezas de bobina rotóricas den forma de T, con el fin de permitir el retorno de las
corrientes rotóricas en una zona fuera de la influencia de los devanados inductores [115] .
La razón que ha llevado a la simplificación del modelo es evitar la excesivacomplejidad de la
geometría. Cuando se emplean geometrías muy complicadas se pueden producir errores de cálculo
debido a la aparición de discontinuidades entre elementos, o distorsiones de la malla
Eduardo Frías Valero
Departamento de Ingeniería Eléctrica. UPC.
Año 2.004
Página 147 de 352
APORTACIONES AL ESTUDIO DE LAS MAQUINAS ELECTRICAS DE FLUJO AXIAL MEDIANTE LA APLICACION DEL
METODO DELOS ELEMENTOS FINITOS. TESIS DOCTORAL.
Figura 111. Vista despiece de la máquina.
Otro factor a tener en cuenta es la memoria disponible, que en el caso del análisis que nos ocupa
llegaba a generar ficheros de 600 MB durante los procesos de triangulación de la matriz de la ecuación
(6.57) previa a la solución. Se probaron geometrías más complicadas, dando como resultado un
desbordamiento delsistema. Por lo que se optó por este modelo simplificado.
No hay que olvidar que los análisis que se presentan son análisis tridimensionales de la máquina, lo
que supone que el número de elementos crece de manera exponencial, respecto a un análisis
bidimensional típico. Que, todo se ha de decir, hace más simplificaciones que las expuestas para este
modelo.
Eduardo Frías Valero
Departamento de...
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