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Publicação
Thermoelectric-Structural Analysis of an Axial Flux Superconducting Motor
| Nome: | Descrição: | Tamanho: | Formato: | |
|---|---|---|---|---|
| 16.66 MB | Adobe PDF |
Orientador(es)
Resumo(s)
The growing environmental concerns to reduce global warming caused by the high
levels of CO2 expelled to the atmosphere have played an important role in the electrifi-
cation of combustion machines. Following this trend, superconducting machines have
proved to be an interesting option, because they allow a higher current density. How-
ever, the superconducting compounds require cryogenic operating temperatures. This
becomes a problem, because, during its working, the machine operation temperature
tends to be increased, heat up due to the losses. With that, the losses study becomes a
relevant topic to be studied.
In this work, a partially superconducting machine will be analyzed, through an elec-
tromagnetic, thermal, and structural finite element simulation of its conventional stator.
The superconducting electrical machine studied is an axial flux machine with a disc
rotor made of second-generation high-temperature superconducting (2G HTS) strips and
two ferromagnetic conventional semi-stators. This study is focused on the losses of these
last ones because the superconducting strips have minimal losses compared to the semi-
stators ones.
It is concluded that the semi-stators losses are inversely proportional to the pole
number and that the stator lamination typology with fewer losses is circularly laminated.
As crescentes preocupações com o meio ambiente com vista à diminuição do aque- cimento global causado pelas altas taxas de CO2 expelidos para a atmosfera, têm tido um papel importante na eletrificação de máquinas anteriormente predominantemente de combustão. Seguindo esta tendência, as máquinas supercondutoras revelaram-se uma opção interessante, pois possibilitam uma densidade de corrente superior. No entanto, os materiais supercondutores requerem temperaturas criogénicas. Isto torna-se um pro- blema, pois durante o seu funcionamento a máquina tende a aquecer devido às perdas. Com isto, o estudo de perdas torna-se um tópico relevante de ser estudado. Neste trabalho, será alvo de estudo uma máquina parcialmente supercondutora atra- vés de uma análise de elementos finitos no plano eletromagnético, térmico e estrutural do seu estator convencional. A máquina elétrica supercondutora analisada é de fluxo axial com um rotor em disco constituído por fitas supercondutoras de alta temperatura de segunda geração (2G SAT) e dois semi-estatores ferromagnéticos convencionais. Este estudo é apenas concentrado nas perdas destes últimos, pois as fitas supercondutoras as perdas são mínimas compara- tivamente com as dos semi-estatores. É concluido que as perdas no semi-estatores são inversamente proporcionais ao nú- mero de pólos e que a topologia de laminação do estator com menores perdas é a circular- mente laminada.
As crescentes preocupações com o meio ambiente com vista à diminuição do aque- cimento global causado pelas altas taxas de CO2 expelidos para a atmosfera, têm tido um papel importante na eletrificação de máquinas anteriormente predominantemente de combustão. Seguindo esta tendência, as máquinas supercondutoras revelaram-se uma opção interessante, pois possibilitam uma densidade de corrente superior. No entanto, os materiais supercondutores requerem temperaturas criogénicas. Isto torna-se um pro- blema, pois durante o seu funcionamento a máquina tende a aquecer devido às perdas. Com isto, o estudo de perdas torna-se um tópico relevante de ser estudado. Neste trabalho, será alvo de estudo uma máquina parcialmente supercondutora atra- vés de uma análise de elementos finitos no plano eletromagnético, térmico e estrutural do seu estator convencional. A máquina elétrica supercondutora analisada é de fluxo axial com um rotor em disco constituído por fitas supercondutoras de alta temperatura de segunda geração (2G SAT) e dois semi-estatores ferromagnéticos convencionais. Este estudo é apenas concentrado nas perdas destes últimos, pois as fitas supercondutoras as perdas são mínimas compara- tivamente com as dos semi-estatores. É concluido que as perdas no semi-estatores são inversamente proporcionais ao nú- mero de pólos e que a topologia de laminação do estator com menores perdas é a circular- mente laminada.
Descrição
Palavras-chave
superconductivity axial flux machines superconducting machines electromagnetic losses thermal losses structural analysis