Dissertação
{en_GB=Application of Similitude Laws for The Design of Electromechanical Models Using High-Temperature Superconductors} {} EVALUATED
{pt=A utilização de materiais supercondutores em máquinas elétricas é um tema que tem adquirido considerável relevância durante os últimos anos, permitindo projetar e conceber máquinas com maior eficiência e densidade de potência que as convencionais. No entanto, devido à complexidade destes materiais quando comparados com os materiais magnéticos convencionais, é necessário a realização de um estudo preliminar e qualitativo de modo a comparar as diferentes topologias. O propósito desta dissertação passa por realizar um estudo comparativo entre máquinas convencionais e máquinas com supercondutores de altas temperaturas (HTS), usando para esse efeito o conceito de leis de escala. Primeiramente, será apresentado a aplicação das leis de escala em máquinas elétricas com imãs permanentes (PM). De seguida, serão introduzidos os HTS, tais como as respetivas perdas, sendo este estudo realizado através de um modelo analítico simplificado, modelo de KIM. Será feito ainda um estudo comparativo entre máquinas convencionais e máquinas com HTS a substituirem PM ou os tradicionais enrolamentos de cobre. Finalmente, estudos experimentais e simulações foram realizados de modo a quantificar e validar as perdas encontradas nos blocos HTS, mais especificamente no YBCO. Conclui-se, através das leis de escala, que as máquinas com HTS apresentam maior eficiência e densidade de potência, no entanto, novas topologias devem ser consideradas, especialmente para a situação em que os HTS substituem os PM. Tanto os estudos experimentais como as simulações realizadas em software de elementos finitos (FEM) revelaram-se inconclusivas, reforçando a necessidade da realização de experiências com um maior grau de precisão e complexidade., en=The use of superconducting materials for implementation on electric machines is nowadays a relevant subject of research, for the design of new, more efficient, and power dense machines. Based on the physical behaviours of superconductors being more complex than conventional magnetic materials present in electric machines, preliminary and qualitative studies are necessary to compare the new potential superconducting electrical machines to conventional ones. The aim of this dissertation is, then, to make a comparative study of both types of machines, using similitude laws, also called scale laws. This dissertation presents the study of similitude laws for high temperature superconductors (HTS) inserted in electric machines. First, scale laws are presented for the case of electric machines with permanent magnets. Then, HTS are introduced, as well as the scale laws representative of their losses regarding current density, magnetic flux density and volume. This study was made using a simplified analytical model, the Kim model. Second, the comparison between conventional machines and machines using HTS, being as permanent magnets, or as coils was performed. Third, experimental tests were performed, to quantify and validate the losses in YBCO bulks, also with additional validation on FEM simulations. It was found by scale laws that HTS electric machines are indicative of having higher efficiencies and more power dense, however, the machine’s topologies need to be different, especially using HTS as permanent magnets. The experimentations were inconclusive, as well as the FEM simulations, which indicates that a more precise and complex experiments need to be performed.}
janeiro 21, 2021, 8:30
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)
Professor Associado