Dissertação
{en_GB=Performance Analysis of a Cryogenic Induction Machine} {} EVALUATED
{pt=Atualmente, o desenvolvimento de topologias de máquinas elétricas de elevada densidade de potência tem vindo a ser tópico de investigação devido aos objetivos mundiais para a eletrificação da mobilidade e sistemas industriais. Estudos recentes apontam o uso de máquinas de indução criogénicas como uma solução fiável, capaz de superar o desempenho das máquinas síncronas mais avançadas. Nesta tese, é analisado o desempenho de uma máquina de indução convencional de 90W, submersa em azoto. A influência significativa da temperatura e do efeito pelicular, tanto nos parâmetros do circuito equivalente como no desempenho da máquina, é estudada recorrendo a métodos analíticos e validada em testes experimentais. Para validar os resultados analíticos, desenvolveram-se procedimentos e montagens experimentais, onde o motor é submerso e testado em azoto. As conclusões presentes nesta tese, demonstram a possibilidade de obter melhorias significativas nas densidades de binário e potência, quando uma máquina de indução é operada em regime criogénico. Estes resultados são de especial interesse para a indústria aeroespacial, onde a massa dos sistemas de propulsão é de extrema importância. Esta indústria, tem feito um grande esforço na eletrificação dos seus sistemas propulsores, estando a considerar, a aplicação de motores de indução criogénicos como uma alternativa mais fiável e simples aos motores supercondutores que ainda não atingiram a sua maturidade. Os resultados obtidos mostram um aumento na eficiência de 21.3%, de 63.9% para 85.2%. Este aumento na eficiência provoca um aumento de 170.8% de binário e um aumento de 188.5% de potencia mecânica, no ponto de eficiência máxima. , en=Recent research, in the field of electric machines, has been focused on developing high power density designs to be used in new generation industrial and drive systems applications. These new developments have suggested the use of cryogenic induction motors as a reliable, efficient and low cost solution, capable of outperforming the most advanced synchronous and reluctance motors. In this thesis the performance of a conventional 90W induction motor submerged in liquid nitrogen is analysed. The significant influence of both temperature and skin effect in the equivalent circuit parameters and the overall performance of the machine is analytically studied and experimentally proven. To validate the obtained analytical results, experimental procedures and experimental setups were developed using the induction machine submerged in liquid nitrogen. The findings achieved in this work show that considerable improvements in torque and power densities can be made when operating an induction motor in very low temperatures. They are of particular interest to aircraft and aerospace applications where weight is of the most importance. These applications have focused their recent efforts in the electrification of their propulsion systems, and are now considering cryogenic induction motors as a more reliable and simple alternative to superconducting machines which have still high costs and are not yet a mature solution. The results show a 21.3% increase in motor efficiency, from 63.9% to 85.2%. This significant increase in efficiency, results in a 170.8% increase in torque and a 188.5% increase in mechanical output power at peak efficiency. }
novembro 29, 2021, 14:0
Publicação
Obra sujeita a Direitos de Autor
Orientação
ORIENTADOR
Departamento de Engenharia Electrotécnica e de Computadores (DEEC)
Professor Auxiliar
