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abstracto

El requisito de rendimiento de un motor de inducción de jaula de ardilla (IM) para su aplicación en vehículos eléctricos (EV), con alta eficiencia, factor de potencia y par de ruptura, es una tarea desafiante para un diseñador de máquinas. Aquí se ha diseñado un nuevo im de amplio rango de funcionamiento de alta velocidad de 5 HP adecuado para la aplicación ev. Se ha llevado a cabo el estudio paramétrico para analizar el efecto de las dimensiones de las ranuras del estator y del rotor sobre diferentes parámetros de rendimiento. Este estudio paramétrico constituye la base del problema de optimización multi-objetivo tomado en este estudio. Se ha utilizado un algoritmo evolutivo para la optimización del diseño de mensajería instantánea y su rendimiento se compara con el de uno convencional. A continuación, se fabrica y prueba el IM optimizado en el laboratorio para validar los resultados de la simulación. 1 Introducción

El rápido desarrollo del mercado de vehículos automotrices ha animado a los investigadores a diseñar y desarrollar vehículos eléctricos (EV) más eficientes, vehículos híbridos EV y vehículos de celdas de combustible (FCV) [ 1 ]. El motor de inducción (IM) y el motor de imán permanente (PM) son los tipos más comunes de máquinas de propulsión que se encuentran en los vehículos eléctricos comerciales [ 2 ]. Las características excepcionales de la IM, como una mayor eficiencia, buenas características de debilitamiento del campo, robustez, bajo costo (ya que no tiene PM) y facilidad de control lo convierten en una opción favorable para la aplicación de EV [ 3 ]. Las características deseadas de un motor de propulsión son un alto par de arranque, un amplio rango de velocidad, una amplia región de potencia constante, una mayor eficiencia durante los diferentes ciclos de conducción y un mejor factor de potencia. Los IMs utilizados para la aplicación ev se utilizan como un variador de velocidad y se alimentan desde el convertidor / inversor. La principal diferencia entre el IM impulsado por inversor y el IM alimentado por línea es que el primero está diseñado para un punto de operación variable y se opera con suministro de frecuencia variable de voltaje variable, mientras que el posterior está diseñado para un solo punto de operación y se operan a un voltaje y frecuencia fijos. Por lo tanto, el diseño de IM para un par de arranque más alto ya no es más necesario, ya que esto puede ser controlado por varios algoritmos de control como el control vectorial y el control de par directo. Por lo tanto, el diseño de los IMs para la aplicación ev es diferente de la mensajería instantánea convencional. El enfoque de diseño para la IM convencional se discute en detalle en [ 4 ] y el cálculo de los parámetros de circuito equivalentes en [ 5, 6 ].

El rendimiento de la mensajería instantánea depende en gran medida de las dimensiones geométricas, como las ranuras del estator, las ranuras del rotor y la longitud del núcleo. Una manera simple de mejorar la eficiencia de im mediante el aumento de la longitud axial del núcleo se informó en [ 7 – 9 ]. En [ 10 ], la ranura del estator se optimizó para aumentar la eficiencia y reducir las pérdidas armónicas. La ranura del rotor se optimizó para mejorar el rendimiento del par del IM en [ 11 ]. En [ 12 ], los autores estudiaron el tamaño del diámetro del orificio del estator y realizaron un análisis paramétrico en la ranura del rotor para mejorar la densidad de par de IM. El efecto del número de polos en el rendimiento de la IM impulsada por inversor para un accionamiento de tracción se estudió en [ 13 ]. En [ 14 ] los autores han sugerido que el bobinado de barra da una mayor eficiencia y un menor calentamiento térmico en comparación con el devanado trenzado. Ev requiere una región de funcionamiento de par constante para iniciar y subir en una carretera inclinada, mientras que se necesita una amplia región de potencia constante durante el crucero. La región de potencia constante más amplia puede lograrse aumentando el par de descomposición dentro del límite de velocidad crítica [ 15 ]. La influencia de la inductancia de fugas y la inductancia magnetizante en la región de potencia constante se estudió en [ 16 ]. Para optimizar la geometría del motor y mejorar los parámetros de rendimiento, se utilizan diversas técnicas de optimización como el algoritmo genético (GA), la optimización del enjambre de partículas (PSO), el método de Hooke-Jeeves y el método de programación no lineal (PNL) [ 17 – 25 ]. En [ 17 ], se diseñó y optimizó un IM de tres fases utilizando PSO y GA eligiendo el peso, la eficiencia y el factor de potencia como funciones objetivas. Cho et al. [ 18 ] han utilizado niching GA para optimizar la IM considerando la eficiencia como la función objetivo principal. En [ 19 ], se utilizó el algoritmo de Hooke-Jeeves para optimizar el peso y la eficiencia de la IM, mientras que en [ 20 ], se optimizaron el coste y la eficiencia. La eficiencia y el coste se optimizaron en [ 21 ], el par, el coste y la eficiencia se optimizaron en [ 22 ], mientras que la eficiencia se maximizó optimizando la forma de la ranura del rotor utilizando GA en [ 23 ]. En [ 24 ], las máquinas pm montadas en superficie se optimizaron utilizando GA. En [ 25 ], se implementó la PNL para optimizar la IM para una eficiencia óptima, el costo del material, el factor de potencia y la relación de par de arranque. El enfoque de optimización multi-objetivo se ha investigado en [ 26 ] considerando cuatro funciones objetivas diferentes. El método del valor del patrón de coste se utiliza para maximizar el par de im en [ 27 ]. Ga se ha elegido sobre la técnica de PNL como ga buscar el mínimo global, en lugar del mínimo local. Además, GA no requiere el uso de la derivada de la función.

El diseño de im para la aplicación ev es una tarea difícil como todos los parámetros de rendimiento (es decir, la eficiencia, factor de potencia y par de ruptura) tienen que estar en el lado superior. Los trabajos de investigación que están disponibles en la literatura han considerado sólo uno u otro parámetro para el estudio de rendimiento. Ninguno de los documentos mencionados anteriormente ha hecho el análisis teniendo en cuenta todos los parámetros de rendimiento a la vez para las aplicaciones ev. Por otra parte, todo el análisis realizado en los trabajos anteriores es en 50 o 60 Hz IM.

En este documento, un nuevo 5 hp, 110 V, 80 Hz IM está diseñado para la aplicación ev. Se selecciona una frecuencia de base más alta para lograr una región de par constante más amplia para una unidad de colina hacia arriba. Además, con un aumento en la frecuencia de suministro, el peso y el tamaño del IM se reducen. La mensajería instantánea propuesta se impulsa a través de una configuración de batería inverter. Por lo tanto, se elige un voltaje de línea a línea de baja clasificación.

Se realiza un estudio paramétrico de las dimensiones geométricas de las ranuras del estator y del rotor para analizar los efectos de las variaciones de las dimensiones en la eficiencia, el par de descomposición y el factor de potencia del IM. Las dimensiones de las ranuras del estator y del rotor se optimizan utilizando GA para un rendimiento óptimo de la mensajería instantánea. Además, en este trabajo, se consideran tres objetivos de rendimiento, a saber, la eficiencia, el factor de potencia y el par de descomposición para diseñar el IM para la aplicación ev. Tomando los tres parámetros de rendimiento mencionados anteriormente simultáneamente para el proceso de diseño no se han reportado en la literatura. Desde una perspectiva práctica, estos objetivos juegan un papel importante en el sistema de tracción. El IM optimizado se fabrica y prueba en el laboratorio. Se muestran resultados de simulación y experimentales para validar los resultados. El documento está estructurado de la siguiente manera. La sección 2 trata del estudio paramétrico de las ranuras del estator y del rotor. La sección 3 trata del proceso de optimización, mientras que los resultados experimentales se muestran en la sección 4 y las observaciones finales se mencionan en la sección 5.

2 Formulación del problema

La característica típica de par-velocidad para un EV se muestra en la región de par constante es requerida por un EV para la aceleración inicial y se requiere conducir por una carretera inclinada y una región de potencia constante para navegar a altas velocidades en una carretera plana. Generalmente, la región de potencia constante es alrededor de tres veces la velocidad base. Para mejorar la región de potencia constante, es necesario aumentar el par de descomposición. Si se desea un rango de velocidad de potencia constante para n veces la velocidad base, el par de descomposición a la velocidad base debe ser n veces el par nominal [ 28 ].

La expresión de par en el bastidor de rotación síncrona está dada por [ 29 ]

(1)

(2)

donde y .

El flujo del estator y del rotor se expresa como

(3)

(4)

Dónde

(5)

(6)

Eliminando de (3), obtenemos

(7)

Dónde. La expresión correspondiente para está dada por

(8)

Sustituyendo (8) en (2) y simplificando obtenemos la expresión de torque en forma vectorial como

(9)

La velocidad de deslizamiento en estado estacionario está dada por

(10)

donde es el vector de voltaje de fase del estator, es la resistencia del estator, p es el número de pares de polos, es la corriente de fase del estator, es la velocidad síncrona, es el vector de flujo del estator, es el flujo del estator del eje d ‐, es el flujo del estator del eje q ‐, es la inductancia del estator, es la inductancia de magnetización, es el vector de corriente del rotor , es el vector de flujo del rotor, es la inductancia de fuga del estator, es la inductancia de fuga del rotor y es la velocidad de deslizamiento.

Dependiendo de la técnica de control (orientado al estator-campo, orientado al rotor-campo y control directo del par), (1) junto con (7)-(10) se puede utilizar para trazar el par en función de la velocidad del rotor. Expandiendo y sustituyendo (5) y (6) en (9) obtenemos

(11)

Suponiendo que la inductancia de fuga del estator y la inductancia de fuga del rotor son iguales, es decir, (11) se puede simplificar a

(12)

Dado que la inductancia de fuga es mucho menor que la inductancia magnetizante, es decir, por lo tanto (12) se puede simplificar a

(13)

Se puede observar desde (13) que el par es inversamente proporcional a la inductancia de fuga. Por lo tanto, para aumentar el par de ruptura para obtener un amplio rango de velocidad, la inductancia de fuga debe mantenerse mínima. La inductancia de fuga depende de varios factores como la forma de la ranura, la apertura de la ranura, la longitud de la brecha de aire, el devanado final y otros.

En el diseño propuesto, se lleva a cabo un estudio paramétrico sobre las dimensiones del estator y la ranura del rotor y se estudia su efecto sobre la inductancia de fugas y el par de descomposición. Además, la variación en las dimensiones del estator y la ranura del rotor también afecta a la pérdida del núcleo y la pérdida de cobre. Por lo tanto, la eficiencia de la mensajería instantánea se ve afectada. Estos análisis se tratan en la siguiente sección. Todas las demás dimensiones, como la longitud del núcleo, el diámetro interior y exterior del estator, la longitud del espacio aéreo, el número de ranuras del estator y del rotor se mantienen constantes en el análisis. La especificación de im utilizada para el análisis se da en la Tabla 1, mientras que las dimensiones de IM se da en El IM especificado se ha diseñado utilizando un método de diseño convencional como se menciona en el Apéndice.

Dimensiones de la mensajería instantánea

Valor de dimensión
longitud del núcleo 109 mm
diámetro exterior del estator 170 mm
diámetro interior del estator 90 mm
longitud de espacio aéreo 0,35 mm
diámetro interior del rotor 38 mm
número de ranuras del estator 36
número de ranuras del rotor 30

1 Estudio paramétrico en la ranura del estator

La forma geométrica de las ranuras del estator juega un papel vital en la decisión del rendimiento de la mensajería instantánea. La forma de la ranura del estator utilizada para el análisis se muestra en El ancho de la ranura y la altura de la ranura se varían manteniendo todas las demás dimensiones de IM constantes. El ancho de la ranura se incrementa hasta que el ancho del diente de la ranura es mecánicamente factible y la densidad de flujo del diente de la ranura del estator está dentro del límite permisible. La Tabla 3 muestra la dimensión de la ranura del estator. Los efectos de la variación en las dimensiones de la ranura del estator se estudian en el par de descomposición, el factor de potencia y la eficiencia. A partir del circuito equivalente de estado estacionario, como se muestra en 3, el par de descomposición se da como

(14)

Tabla 3. Dimensiones de la ranura del estator

Tipo de valor de dimensión
3 mm fijo
Variable de 2–5,2 mm
5,1 mm fijos
0,5 mm fijos
0 mm fijo
Variable de 20,0 a 30,0 mm

A partir de (13), se puede observar que el par instantáneo es inversamente proporcional a la inductancia de fuga, mientras que desde (14) se puede ver que el par de ruptura depende de la inductancia de fugas del estator y del rotor e independiente de la resistencia del rotor. Por lo tanto, para obtener el par de ruptura máximo, la inductancia de fuga debe mantenerse en el lado inferior. La inductancia de fuga consiste en inductancia de fuga de espacio de aire, inductancia de fuga de ranura, inductancia de fuga de punta de diente, inductancia de fuga de bobinado final e inductancia de fuga sesgada. En este documento, sólo se considera para el análisis la inductancia de fuga de ranura. La inductancia de fuga de ranura [ 30 ] se da como

(15)

Dónde

(16)

donde y , es la inductancia de fuga de ranura, m es el número de fases, es la permeabilidad del vacío, l es la longitud del núcleo, N es el número de vueltas del estator, es la permeancia y es la cantidad de cabeceo corto.

A partir de (15) y (16), se puede observar que la inductancia de fuga depende de la dimensión de la ranura del estator. Por lo tanto, por la variación en la dimensión de la ranura del estator, se puede obtener un mayor par de descomposición. Con el cambio en la dimensión de la ranura del estator, el área de la ranura cambia y, por lo tanto, los conductores del estator por ranura se vuelven a calcular para limitar el factor de llenado de la ranura al 60%. 4a y b muestran el patrón de inductancia de fuga de ranura de estator y par de descomposición con variación en las dimensiones de la ranura. Se puede observar a partir de 4a que una ranura más ancha y más corta da una menor inductancia de fuga y, por lo tanto, produce un mayor par de ruptura, como se muestra en

La variación en la dimensión de la ranura del estator afecta a la pérdida del núcleo y la pérdida de cobre. Con el aumento de la anchura superior y la altura de la ranura del estator, la corriente de magnetización aumenta, lo que disminuye el factor de potencia como se muestra en Sin embargo, con un aumento en la corriente de magnetización, se requiere corriente de estator adicional, lo que aumenta la pérdida de cobre. La pérdida de la base de IM es directamente proporcional a la densidad del flujo en la base por lo tanto con aumento en dimensión de la anchura superior de la ranura del estator, la anchura del diente disminuye. Por lo tanto, la densidad de flujo en el diente aumenta, la pérdida del núcleo aumenta. 4d muestra la variación de la eficiencia nominal con diferentes dimensiones de ranura del estator. Se puede observar en la figura que la ranura más ancha y poco profunda da una mayor eficiencia. 2 Estudio paramétrico en ranura del rotor

Las ranuras del rotor juegan un papel crucial en la decisión de las características de par de arranque del IM. Como se discutió anteriormente, un par de arranque más alto no es obligatorio para la IM impulsada por inversor. Se puede controlar mediante varias técnicas de control de alto rendimiento. Sin embargo, a partir de (14) se puede observar que el par de ruptura depende de la inductancia de fuga del rotor, que a su vez depende de la permeancia de la ranura del rotor y las dimensiones de la ranura del rotor. Está dado por [ 30 ]

(17)

Para observar el patrón de par de ruptura, eficiencia y factor de potencia con la variación de la dimensión de la ranura del rotor, se realiza un estudio paramétrico de la forma de la ranura del rotor. 5 muestra la forma de ranura del rotor propuesta para el estudio analítico. La anchura y la altura de la ranura del rotor son variadas manteniendo todas las demás dimensiones fijas. Las dimensiones de la ranura del rotor se dan en Las dimensiones de la ranura del rotor se varían a un límite tal que la densidad de corriente de la barra del rotor y el ancho del diente del rotor están dentro de los límites de diseño estándar.

Dimensiones de la ranura del rotor

Tipo de valor de dimensión
0,91 mm fijos
Variable de 3,0–6,0 mm
78 mm fijos
0,5 mm fijos
0,5 mm fijos
Variable de 3,0 a 15,0 mm

6a y b muestran la inductancia de fuga del rotor y el par de descomposición con variación en el parámetro de ranura del rotor, respectivamente. Se puede observar que una dimensión de ranura más ancha y poco profunda da una menor inductancia de fuga de ranura del rotor y, por lo tanto, se puede lograr un mayor par de descomposición. También se puede observar que con estas dimensiones de ranura se obtiene un mejor factor de potencia como se muestra en

La variación de la dimensión de la ranura del rotor también afecta a la resistencia del rotor. La resistencia efectiva del rotor, incluido el efecto de la piel, se puede escribir como [ 12 ]

(18)

donde y está dado por

(19)

donde es la resistencia del rotor sin considerar el efecto de la piel, es el coeficiente del efecto de la piel, es la longitud del conductor del rotor, es la frecuencia angular y es la conductividad específica del conductor.

A partir de (18) y (19), se puede observar que la resistencia del rotor depende de la dimensión de la ranura del rotor. Por lo tanto, con la variación en la dimensión de la ranura, la resistencia de la barra del rotor se varía. Así la pérdida de los efectos y por lo tanto la eficacia, que se muestran en

En el análisis anterior, se observa que el par de descomposición, el factor de potencia y la eficiencia varían con la variación en las dimensiones del estator y la ranura del rotor. Por lo tanto, para obtener un mayor par de ruptura, factor de potencia y eficiencia, la dimensión de la ranura debe optimizarse. Se trata en la siguiente sección. 3 Optimización de las dimensiones de la ranura del estator y del rotor

El diseño de mensajería instantánea se inicia con algunas suposiciones para lograr el rendimiento deseado. Se itera hasta que se alcanza el objetivo. Aunque, después de varias iteraciones, es posible que la mensajería instantánea no proporcione el mejor rendimiento posible. Por lo tanto, es necesario optimizar el diseño. Como se ha visto en secciones anteriores, los parámetros de rendimiento como el par de descomposición, el factor de potencia y la eficiencia dependen de la dimensión y la forma de las ranuras del estator y el rotor. Por lo tanto, estas dimensiones deben optimizarse para obtener el mejor rendimiento de la mensajería instantánea. En este documento, ga se aplica para optimizar las dimensiones del estator y la ranura del rotor de IM para lograr el rendimiento deseado adecuado para aplicaciones ev. Un diagrama de flujo de GA [ 31 ] utilizado para el proceso de optimización se muestra en

3.1 Formulación del problema de optimización

En EV, el IM utilizado como motor de propulsión es alimentado por un inversor y una batería. El rango de conducción de un EV depende de la capacidad de almacenamiento de energía de la batería. Sin embargo, debido a la restricción de espacio y peso, no se puede colocar una batería de gran tamaño dentro del EV. Además, el factor de potencia deficiente del IM extraerá una gran cantidad de corriente de la batería, lo que a su vez aumentará el tamaño del condensador de enlace de CC utilizado en el inversor. Por lo tanto, el IM debe estar diseñado para una alta eficiencia y factor de potencia para mejorar el rango de conducción de un EV. Junto con esto, un par de ruptura más alto es deseable para una amplia región de funcionamiento de potencia constante.

En este trabajo, la eficiencia (), el factor de potencia (pf) y el par de descomposición () se eligen como las funciones objetivas. Para iniciar el proceso de optimización, la mensajería instantánea se diseña primero utilizando el método convencional. Para obtener el rendimiento óptimo, la geometría de la ranura del estator y del rotor, como se muestra en 2 y 5, respectivamente, se considera para la optimización. En lugar de la inicialización aleatoria, los valores de los parámetros de diseño obtenidos a través del método convencional se toman como punto inicial para la AG. El problema de optimización que se discute aquí es un problema restringido, donde los valores de los parámetros deben satisfacer los límites dados en la Tabla 5 sin violar las restricciones de diseño mencionadas en la Tabla 6. Si se infringe alguna restricción de diseño para un conjunto de valores paramétricos óptimos, esos valores se descartan. Se selecciona un menor número de variables de diseño para la optimización a fin de reducir la complejidad computacional. 8a muestra la evolución del valor de la función de aptitud cuando se maximiza la única eficiencia. La eficiencia máxima obtenida es del 90,3%. La función de aptitud para el par de descomposición y el factor de potencia se muestra en 8b y c, respectivamente, y cada uno se maximiza individualmente. El par máximo de quiebre obtenido es de 50,25 Nm mientras que el factor de potencia máximo obtenido es de 0,913. Ahora, nuestro objetivo es maximizar las tres funciones simultáneamente, lo que constituye un problema de optimización multi-objetivo.

Parámetros de diseño y sus límites

Parámetro de diseño Límite inferior, mm Límite superior, mm
20.0 30.0
2 5.2
3.0 15.0
3.0 6.0

Tabla 6. Restricciones de diseño

Valor de restricción de diseño
densidad de flujo de brecha de aire 0,7–0,90 T
densidad de flujo del yugo del estator 4–7 T
densidad de flujo dental (estator) 4–1 T
densidad de flujo dental (rotor) 5–2 T
densidad de flujo del yugo del rotor 1–6 T
densidad de corriente de bobinado del estator 3–8 A/mm 2
densidad de corriente de la barra del rotor 3–8 A/mm 2

Este problema de optimización multi-objetivo se reduce a un solo problema objetivo utilizando la técnica de media ponderada como

(20)

donde, y son pesos iguales asignados a todas las funciones objetivas. 8d muestra la evolución de la función de coste con iteraciones cuando los tres parámetros de rendimiento elegidos se maximizan simultáneamente. La comparación entre el IM optimizado y el IM de diseño convencional se muestra en la Tabla de la Tabla 7, se puede observar que después de la optimización, las dimensiones del estator y de la ranura del rotor son más altas que las del IM diseñado convencional, pero el número de conductores por ranura disminuye. La eficiencia y el par de descomposición se mejoran, mientras que el factor de potencia disminuye marginalmente para un im de diseño optimizado en comparación con el IM convencional.

Tabla de comparación entre diseño convencional y optimizado

Parámetros Diseño convencional Diseño optimizado
5 milímetros 290 milímetros
4,2 mm 5,1 mm
6,0 mm 29 mm
2 mm 3,75 mm
No. de conductores por intervalo 76 56
eficiencia nominal, 88.97% 805%
factor de potencia nominal 0,83 0,828
par de descomposición 40,3 Nm 43,2 Nm

Las vistas esquemáticas de sección transversal de la ranura del estator y del rotor de la IM convencional y optimizada se muestran en Se observa a partir de 9a y c que la ranura del estator optimizada es más profunda en comparación con la ranura del estator convencional. 9b y d muestran que la ranura optimizada del rotor es más ancha y menos profunda en comparación con la ranura del rotor convencional.

El mapa de eficiencia de los IMs optimizados de ranura de estator y rotor se da en Se observa que se obtiene una mayor eficiencia en el rango de velocidad media y alta, es decir, entre 2000 y 6000 rpm bajo la curva de par-velocidad. Esto es beneficioso para EV cuando está navegando en una carretera de avión.

4 Resultados experimentales

Sobre la base de los resultados de optimización, el IM se fabrica y prueba en el laboratorio. El IM fabricado se muestra en 11a y la configuración del hardware se muestra en Los parámetros de circuito equivalentes para el IM fabricado se calculan utilizando pruebas de rotor sin carga y bloqueadas. El generador de CC se utiliza como carga para cargar el motor fabricado para pruebas experimentales. El rendimiento de la IM fabricada se muestra en Se observa que la eficiencia nominal se encuentra para ser 88.81%, factor de potencia como 0.83 y par de ruptura de 38.28 Nm que es alrededor de 5 veces el par nominal. La eficiencia de la IM fabricada también se calcula por debajo y por encima de la velocidad base y se muestra en Se observa a partir de 12a que por encima de la velocidad base, es decir, de 80 a 100 Hz, la eficiencia de IM está por encima del 89%, lo que es mejor para la IM cuando se opera por encima de la velocidad base para cruzar el vehículo. El IM fabricado también se prueba para la eficiencia en varias cargas y se muestra en La eficiencia de >90% se obtiene para el 50 y 75% de la carga nominal, mientras que la eficiencia de alrededor del 89% se obtiene a la carga nominal que es deseable por un EV para el largo rango de conducción. La comparación entre la prueba optimizada y experimental del IM fabricado se muestra en la Tabla Se observa que todos los parámetros de rendimiento del motor fabricado están cerca del valor optimizado. La eficiencia nominal del motor fabricado se encuentra para ser 88.81% y el factor de potencia nominal es 0.83 que es ligeramente más que el motor optimizado. Los valores de rendimiento obtenidos son bastante adecuados para aplicaciones ev.

Rendimiento del motor de inducción fabricado

Valor del parámetro de rendimiento
eficiencia nominal, % 88,81
factor de potencia nominal 0,83
par de ruptura, Nm 38,28

Tabla Comparación del rendimiento entre el motor optimizado y el motor fabricado

Motor optimizado para parámetros Motor fabricado
eficiencia nominal, % 805 88,81
factor de potencia nominal 0,828 0,83
par nominal, Nm 15,90 15,62
corriente nominal del estator, A 15,48 15,33

La Tabla 10 compara un motor comercial [ 32, 33 ] con el motor propuesto. Se observa que el tamaño del diámetro exterior del estator del motor comercial es casi 58 veces mayor que el motor propuesto, pero la longitud axial del núcleo del motor comercial es menor que la del motor propuesto. En el frente de rendimiento, se observa que se obtiene una eficiencia nominal del 88,81% que es superior a la del motor comercial. El motor comercial se enfría por líquido, lo que aumenta el costo del motor, mientras que el motor propuesto se enfría por aire, lo que reduce el costo de fabricación. Además, la velocidad base del motor comercial es de 1500 rpm y tiene una estrecha región de par constante, mientras que el motor propuesto está diseñado para 2400 rpm como la velocidad base y, por lo tanto, tiene una región de par constante más amplia y un amplio rango de funcionamiento de velocidad.

Tabla Como se muestra en el estudio paramétrico para la ranura del estator, una forma de ranura cada vez más corta proporciona una mayor eficiencia y un mejor factor de potencia, mientras que un par de descomposición más alto se obtiene para una forma de ranura de estator más corta y ancha. Para el caso de la ranura del rotor, se demuestra que una ranura más estrecha y profunda proporciona una mayor eficiencia, mientras que una ranura más ancha y más corta proporciona un factor de potencia más alto. Además, una ranura más ancha y poco profunda proporciona un mayor par de descomposición. Para obtener el rendimiento óptimo de IM para la aplicación de EV, las dimensiones del estator y de la ranura del rotor se optimizaron utilizando GA para maximizar el par de descomposición, la eficiencia y el factor de potencia mediante el enmarcado de un problema de optimización multi-objetivo. A continuación, se fabrica y prueba la mensajería instantánea optimizada en el laboratorio para la evaluación del rendimiento. Se encuentra que el diseño de IM propuesto es más adecuado para la aplicación de EV que el diseño convencional.

6 Reconocimiento

Los autores reconocen el apoyo prestado por el proyecto de la Misión Nacional de Tecnología de Electrónica de Potencia (NAMPET) del Ministerio de Comunicaciones y Tecnología de la Información del Gobierno de la India y el Centro para el Desarrollo de la Computación Avanzada (CDAC), Thiruvananthapuram.

8 Apéndice

El diagrama de flujo de diseño de la máquina de inducción se muestra en 13 (al frente).

7 Referencias

Citando literatura