A Study of Influence of Configurations of the Windings on the Performance of Single Phase Induction Motor with Capacitor Start

The single phase induction motors needs two stator windings to produce rotating magnetic field : one main winding and the other auxiliary winding. The aim of the auxiliary winding is to create the rotating electromagnetic field when the machine is started-up and is afterwards turned off, generally through the centrifugal switch coupled together with the shaft of the machine rotor. The main purpose of this document is to evaluate the influence that the two windings have on the external characteristics of the single phase induction motor. For this purpose, two different kinds of windings were carried out and simulated, with the proposal to obtain some benefits. The main winding and the auxiliary winding were prepared and mounted on a prototype. The simulation was done via software based FEM, to make the extraction and results analysis possible. This results are shown at the end this document.

Comparison Between Voltage Control Structures of Synchronous Machines

This paper compares the behaviour of two different control structures of automatic voltage regulators of synchronous machines equipped with static excitation systems. These systems have a fully controlled thyristor bridge that supplies DC current to the rotor winding. The rectifier bridge is fed by the stator terminals through a step-down transformer. The first control structure, named ""Direct Control"", has a single proportional-integral (PI) regulator that compares stator voltage setpoint with measured voltage and acts directly on the thyristor bridge`s firing angle. This control structure is usually employed in commercial excitation systems for hydrogenerators. The second structure, named ""Cascade Control"", was inspired on control loops of commercial DC motor drives. Such drives employ two PIs in a cascade arrangement, the external PI deals with the motor speed while the internal one regulates the armature current. In the adaptation proposed, the external PI compares setpoint with the actual stator voltage and produces the setpoint to the internal PI-loop which controls the field current.

Magnetic suspension of the rotor of a ventricular assist device of mixed flow type

This work presents results of preliminary studies concerning application of magnetic bearing in a ventricular assist device (VAD) being developed by Dante Pazzanese Institute of Cardiology-IDPC (Sao Paulo, Brazil). The VAD-IDPC has a novel architecture that distinguishes from other known VADs. In this, the rotor has a conical geometry with spiral impellers, showing characteristics that are intermediate between a centrifugal VAD and an axial VAD. The effectiveness of this new type of blood pumping principle was showed by tests and by using it in heart surgery for external blood circulation. However, the developed VAD uses a combination of ball bearings and mechanical seals, limiting the life for some 10 h, making impossible its long-term use or its use as an implantable VAD. As a part of development of an implantable VAD, this work aims at the replacement of ball bearings by a magnetic bearing. The most important magnetic bearing principles are studied and the magnetic bearing developed by Escola Politecnica of Sao Paulo University (EPUSP-MB) is elected because of its very simple architecture. Besides presenting the principle of the EPUSP-MB, this work presents one possible alternative for applying the EPUSP-MB in the IDPC-VAD.

Diagnóstico de avarias em máquinas rotativas utilizando a análise de órbitas

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica Perfil Manutenção e Produção

Projecto de uma caixa de velocidades eléctrica por meio da variação do número de pólos para motores em disco de rotor em alumínio e em materiais supercondutores de alta temperatura (SAT)

Nesta dissertação apresenta-se um motor em disco polifásico inovador bem como uma estratégia de controlo com base no método de variação de velocidade por comutação do número de pares de pólos. A configuração das bobinas aliada à escolha das correntes e tensões que se injectam nas bobinas dos estatores, permite comutar electronicamente o número de pólos do motor entre 2, 4 6 e 8 pólos, conseguindo-se controlar a característica binário/velocidade do motor. O motor em disco possui a bobinagem feita em cobre com dois semi-estatores, em que quando utiliza o rotor em alumínio (com condutividade diferente de zero) comporta-se como um motor de indução convencional. Quando se substitui o rotor em alumínio por um constituído por um supercondutor de alta temperatura (SAT), o dispositivo comporta-se como um motor de histerese. O princípio de funcionamento do motor em disco convencional é baseado na indução de força electromotrizes no rotor e, consequentemente, uma vez que o alumínio é bom condutor eléctrico, correntes eléctricas induzidas, originadas por haver um campo magnético variável que é criado pelos semi-estatores. O comportamento deste tipo de motores, no que diz respeito a principais características (como o binário/velocidade para os diferentes números de pares de pólos), circuito equivalente de Steinmetz, entre outras teorias associadas é já conhecido há bastante tempo. O princípio de funcionamento do motor SAT é diferente do apresentado anteriormente, funciona com base na dinâmica de vórtices e devido ao facto de aparecer o fenómeno de ancoragem de fluxo (flux pinning) nos supercondutores de alta temperatura. Como o campo magnético varia, então o disco roda. Este motor tem um princípio de funcionamento muito mais complexo que o motor de indução sendo a obtenção do modelo do motor SAT complicada. A obtenção do modelo do motor SAT não é abordado nesta dissertação. Os comportamentos e modos de operação do motor com disco de alumínio e em materiais SAT são simulados através de um programa comercial de elementos finitos, nesta dissertação, sendo a supercondutividade simulada com base na relação entre o campo eléctrico e a densidade de corrente pela lei da potenciação (E-J power law). Com as simulações pretende-se comparar o rendimento electromecânico de ambos os motores.

Application of fractional controllers for quad rotor

This paper studies the application of fractional algorithms in the control of a quad-rotor rotorcraft. The development of a flight simulator provide the evaluation of the controller algorithm. Several basic maneuvers are investigated, namely the elevation and the position control.

Motor de histerese multifásico com polos variáveis de rotor cilíndrico supercondutor

Dissertação apresentada para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores, especialidade em Máquinas Eléctricas pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Ciências e Tecnologia

On-line system for faults detection in induction motors based on PCA

Dissertation to obtain the degree of Master in Electrical and Computer Engineering

Validation of NASA rotor 67 with openFOAM's transonic density-based solver

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

Aterragem de robôs aéreos multi-rotor em plataformas móveis: uma solução baseada em comportamentos e em saliência visual

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Estudo do motor em disco com o rotor em alumínio e em supercondutor multi-semente

Nesta dissertação é realizado o estudo de um motor em disco polifásico com armadura convencional e rotor que pode ser convencional, em alumínio, ou composto por material supercondutor de alta temperatura multi‐semente. O motor com o rotor em alumínio apresenta um comportamento assíncrono bem definido, baseado na lei geral de indução de eletromotrizes no induzido. Contudo, ao ser mergulhado em azoto líquido, evidencia melhores características eléctricas, tanto do induzido como do indutor, mesmo que o núcleo ferromagnético convencional possa exibir degradação magnética. O motor com o rotor SAT exibe um comportamento distinto, evidenciando ambos os regimes síncrono e assíncrono estáveis. O regime síncrono fica caracterizado pelo fenómeno de aprisionamento de campo, que garante que o rotor gire síncrono com o campo girante do estator. Em regime assíncrono, para um determinado valor de binário resistente aplicado superior ao electromagnético máximo desenvolvido pelo motor, o fenómeno de escoamento de campo está presente, sendo o binário electromagnético motor reforçado por um binário extra de perdas de carácter resistivo desenvolvidas no rotor devido à interacção da densidade de corrente a campos eléctricos que se estabelecem no rotor. Neste caso, o fenómeno de escoamento de campo não é devido a forças de Lorentz que se definem na matriz de Abrikosov, mas sim devido a esta ser “puxada” pelo campo girante do estator, ficando a matriz a deslizar sobre o rotor. De modo a obter as características dos sistemas electromecânicos em estudo é realizada uma análise teórica, baseada na teoria convencional das máquinas eléctricas, com o objectivo de compreender alguns dos fenómenos do motor de fluxo axial, e uma análise baseada num programa comercial de elementos finitos onde o fenómeno da supercondutividade é simulado com base na relação entre o campo elétrico e a densidade de corrente pela lei da potenciação (E‐J power law). O ensaio dos motores referidos é realizado para comparar ambos os sistemas e de realçar o princípio de funcionamento e as características mais relevantes de cada um. Da análise realizada é desenvolvido um modelo que caracteriza o funcionamento da máquina com o rotor com SAT.

Cylindrical spinning rotor gauge — A new approach for vacuum measurement

The spinning rotor gauge (SRG) is one of the most interesting vacuum gauges ever made, covering a pressure range of over seven orders of magnitude, with minimal gas interference (no pumping, ionization or heating of the measured gas), and a great stability of less than 1% drift per year. But despite its remarkable properties, apparently the SRG has not been further developed since the eighties, when it gained commercial interest. In this context, this dissertation aims at providing a starting point for a new line of investigation regarding this instrument, focused on the rotor itself. A brief study of different rotor geometries is provided, including a comparison between a cylindrical rotor and a spherical one. A cylindrical spinning rotor gauge (CSRG) is then proposed, based on the original SRG, but requiring a completely new lateral damping system. A prototype was built and tested against a non calibrated reference gauge.

Multidisziplinäre Modellierung und Simulation eines Rolling Rotor Switched Reluktanz Antriebes

Magdeburg, Univ., Fak. für Maschinenbau, Diss., 2012

Impingement jet cooling of end windings in a high-speed electric machine

The rotational speed of high-speed electric machines is over 15 000 rpm. These machines are compact in size when compared to the power rate. As a consequence, the heat fluxes are at a high level and the adequacy of cooling becomes an important design criterion. In the high-speed machines, the air gap between the stator and rotor is a narrow flow channel. The cooling air is produced with a fan and the flow is then directed to the air gap. The flow in the gap does not provide sufficient cooling for the stator end windings, and therefore additional cooling is required. This study investigates the heat transfer and flow fields around the coil end windings when cooling jets are used. As a result, an innovative and new assembly is introduced for the cooling jets, with the benefits of a reduced amount of hot spots, a lower pressure drop, and hence a lower power need for the cooling fan. The gained information can also be applied to improve the cooling of electric machines through geometry modifications. The objective of the research is to determine the locations of the hot spots and to find out induced pressure losses with different jet alternatives. Several possibilities to arrange the extra cooling are considered. In the suggested approach cooling is provided by using a row of air jets. The air jets have three main tasks: to cool the coils effectively by direct impingement jets, to increase and cool down the flow that enters the coil end space through the air gap, and to ensure the correct distribution of the flow by forming an air curtain with additional jets. One important aim of this study is the arrangement of cooling jets in such manner that hot spots can be avoided to wide extent. This enables higher power density in high-speed motors. This cooling system can also be applied to the ordinary electric machines when efficient cooling is needed. The numerical calculations have been performed using a commercial Computational Fluid Dynamics software. Two geometries have been generated: cylindrical for the studied machine and Cartesian for the experimental model. The main parameters include the positions, arrangements and number of jets, the jet diameters, and the jet velocities. The investigated cases have been tested with two widely used turbulence models and using a computational grid of over 500 000 cells. The experimental tests have been made by using a simplified model for the end winding space with cooling jets. In the experiments, an emphasis has been given to flow visualisation. The computational analysis shows good agreement with the experimental results. Modelling of the cooling jet arrangement enables also a better understanding of the complex system of heat transfer at end winding space.

Ylisoonisen yksivaiheisen aksiaaliturbiinin suunnittelu

Tässä diplomityössä suunnitellaan yksivaiheisen turbiinin ylisooninen staattori ja alisooninen roottori, tulo-osa ja diffuusori. Työn alussa tarkastellaan aksiaaliturbiinin käyttökohteita ja teoriaa, jonka jälkeen esitetään suunnittelun perustana olevat menetelmät ja periaatteet. Perussuunnittelu tehdään Traupelinmenetelmällä WinAxtu 1.1 suunnitteluohjelmalla ja hyötysuhde arvioidaan lisäksiExcel-pohjaisella laskennalla. Ylisooninen staattori suunnitellaan perussuunnittelun tuloksiin perustuen, soveltamalla karakteristikoiden menetelmää suuttimen laajenevaan osaan ja pinta-alasuhteita suppenevaan osaan. Roottorin keskiviiva piirretään Sahlbergin menetelmällä ja siiven muoto määritetään A3K7 paksuusjakauman sekä tiheän siipihilan muotoilun periaatteita yhdistämällä. Tulo-osa suunnitellaan mahdollisimman jouhevaksi geometriatietojen ja kirjallisuuden esimerkkien mukaisesti. Lopuksi tulo-osaa mallinnetaan CFD-laskennalla. Diffuusori suunnitellaan käyttämällä soveltuvin osin kirjallisuudessa esitettyjätietoja, tulo-osan geometriaa ja CFD-laskentaa. Suunnittelutuloksia verrataan lopuksi kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin ja arvioidaan suunnittelun onnistumista sekä mahdollisia ongelmakohtia.