Fig.4.3 Motore analizzato e relativo andamento della coppia
Quinto ciclo di simulazioni
In questo ciclo di simulazioni si agirà sugli angoli del taglio e della prima barriera, questo viene fatto per cercare di migliorare il livello di distorsione della forma d’onda e ridurre il ripple. Nelle quattro prove di questo ciclo si cercherà di esaminare configurazioni diverse del taglio superiore, in particolare verranno provati angoli molto alti e angoli molto bassi. I risulati di questo ciclo
consentiranno di determinare l’influenza di questo parametro e di capire quale intervallo utilizzare per le ottimizzazioni future.
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Prova 5.1
In questa prova per il taglio superiore si utilizza un angolo molto alto, portando così all’aumento anche dell’angolo della prima barriera. I restanti angoli vengono abbassati leggermente per poter adattare meglio la forma delle barriere all’andamento delle linee di flusso. Per quanto riguarda gli spazi tra le barriere non vengono fatte varizioni, mentre per lo spessore delle barriere si torna ad utilizzare la configurazione che prevede lo stesso spessore per tutte le barriere. In generale il modello utilizzato, salvo per la forma delle barriere, è molto simile al prototipo e quindi l’andamento della coppia dovrebbe ricalcare quello già visto per il prototipo. In questo caso la struttura del rotore risulta essere molto stretta, quindi è possibil che siano presenti delle distorsioni causate da qualche parametro non del tutto ottimizzato. I dati e il modello utilizzati per la prova vengono riportati qui di seguito. Tab.1.20 𝑆𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑖 𝑡1= 𝑡2= 𝑡3= 𝑡4 2 𝑚𝑚 𝑆𝑝𝑎𝑧𝑖 𝑡𝑟𝑎 𝑙𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑤𝑠𝑏 1 𝑚𝑚 𝑤43 6 𝑚𝑚 𝑤32 2 𝑚𝑚 𝑤21 2 𝑚𝑚 𝑤𝑏𝑡 2 𝑚𝑚 𝐴𝑛𝑔𝑜𝑙𝑖 𝛽1 20° 𝛽2 33° 𝛽3 38° 𝛽4 43° 𝛽𝑏𝑡 27°
I risultati sono in linea con le aspettative e sono molto vicini a quelli del prototipo di base, la
differenza sostanziale è nella forma d’onda, in questo caso sono presenti molte più ditorsioni. Questo è dovuto alla configurazione non del tutto ottimizzata, infatti dal modello si può notare come la concatenazione delle linee di flusso sia disturbata sopratutto nella zona tra il taglio superiore e la prima barriera. La stessa cosa vale per la zona più interna del rotore, questa tende ad essere troppo chiusa ed ad impedire alle linee di flusso di concatenare la zona vicino all’albero. Nelle prove successive sarà necessario modificare la configurazione di alcuni spazi e spostare le barriere. Un altro aspetto da migliorare sarà lo spazio tra il taglio superiore e la prima barriera, infatti questa zona influenza molto le distorsioni della forma d’onda della coppia.
Tab.1.21
% Ripple Parametro coppia 115.436897 4.879281
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Fig.5.1 Motore analizzato e relativo andamento della coppia
Prova 5.2
In questa prova viene utilizzata un configurazione opposta a quella della prova precedente, in
particolare si usa un angolo del taglio superiore molto basso, con il conseguente abbassamento di tutti gli angoli delle altre barriere. La configurazione degli spazi vede sono una riduzione dello spazio tra la quarta e la terza barriera mentre gli spessori rimangono invariati rispetto alla prova precedente. La configurazione designata in questa prova, in continuità con i risultati ottenuti in precedenza, dovrebbe ridurre il ripple ma aumentare le oscillazioni e la distorsione della forma d’onda della coppia in uscita. Il fatto di aver introdotto il taglio superiore e di aver ridotto lo spazio tra questo e la prima barriera dovebbe portare ad una riduzione sia del ripple che delle distorsioni, infatti si avvicina di più alla tendenza mostrata fin ora dalle linee di flusso. In questo caso il distacco tra le prime tre barriere e la quarta barriera dovrebbe direzionare maggiormente le linee di flusso verso la parte intera dell rotore. La riduzione dello spazio tra la quarta e la terza barriera, vista la riduzione degli angoli delle prime tre barriere non risulta gravoso per la densità di flusso concentrata in questo spazio.
28 Tab.1.22 𝑆𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑖 𝑡1= 𝑡2= 𝑡3= 𝑡4 2 𝑚𝑚 𝑆𝑝𝑎𝑧𝑖 𝑡𝑟𝑎 𝑙𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑤𝑠𝑏 1 𝑚𝑚 𝑤43 4 𝑚𝑚 𝑤32 2 𝑚𝑚 𝑤21 2 𝑚𝑚 𝑤𝑏𝑡 2 𝑚𝑚 𝐴𝑛𝑔𝑜𝑙𝑖 𝛽1 18° 𝛽2 25° 𝛽3 30° 𝛽4 43° 𝛽𝑏𝑡 15°
I riultati rispecchiano una riduzione del ripple accompgnata da una leggera riduzione del valore di coppia media, questo è dovuto alle oscillazioni più ridotte. La forma d’onda è ancora molto distorta e presenta più picchi positivi rispetto alle prove precedenti, questo allontana la forma d’onda da un andamento sinosuidale e fa si che la coppia, tra i 5 e i 25 gradi, tenda ad avere variazioni veloci in eccesso per poi scendere in modo più netto oltre i 30 gradi ( lo stesso andamento si vede nei primi 5 gradi, questo è dovuto alla ripetitività che ha la forma d’onda ogni 30 gradi). Il risultato di queta prova è da comunque da tenersi valido, infatti, nonostante la forma d’onda molto distorta, una riduzione dell’entità delle oscillzioni porterebbe ad avere una coppia in uscita praticamente costante. Tab.1.23
% Ripple Parametro coppia 63.040045 4.544622
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Fig.5.2 Motore analizzato e relativo andamento della coppia
Il concatenamento delle linee di flusso è buono ma risente ancor di qualche difetto dovuto ad una configurazione non ottimale di certi prametri. Il vuoto di linee di flusso che era presente nei modelli analizzati in precedenza è presente in misura maggiore rispetto ai motori con un taglio superiore più profondo. Il fatto di non avere un taglio nella parte superiore aumenta la quantità di ferro del rotore e causa una distribuzione non omogenea delle linee di flusso.
Prova 5.3
In questa prova si utilizzano con la forma di ellisse e con la barra orizzontale. La configurazione è simile a quella del prototipo ma con gli angoli delle barriere cambiati e presi in un valore intermedio a quelli analizzati fin ora. Lo scopo di tale prova è vedere qule influenza possa avere, in termini di ripple e di forma d’onda, l’utilizzo di una configurazione intermedia a quelle usate fin ora. Nelle prove precedenti i motori con gli angoli delle barriere più bassi,cioè con una configurazione con il taglio superiore meno profondo, tendono ad avere ripple più basso ma più oscillazioni e distorsione nella forma d’onda della coppia, viceversa quando gli angoli sono più alti la forma d’onda risulta più pulita ma con oscillazioni di coppie molto più ampie. L’utilizzo di una configurazione intermedia dovrebbe fornire una forma d’onda che accomuna le caratteristiche notate fin ora nelle altre prove. La configurazione degli spazi e degli spessori delle barriere è affine a quelle usate in precedenza e si adatta il più possibile all’andamento delle linee di flusso. Certi aspetti di tale configurazione devono essere ancora modificati per ottenere una andamento ottimale, questo però sarà lo scopo delle ottimizzazioni che seguiranno a queste prove parametriche. di seguito vengono riportati i dati e il modello utilizzati per la prova.
Tab.1.24 𝑆𝑝𝑒𝑠𝑠𝑜𝑟𝑖 𝑡1= 𝑡2= 𝑡3= 𝑡4 2 𝑚𝑚 𝐿𝑎𝑟𝑔ℎ𝑒𝑧𝑧𝑎 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑒 𝑙1= 𝑙2= 𝑙3= 𝑙4= 𝑙𝑏𝑡 5 𝑚𝑚 𝑆𝑝𝑎𝑧𝑖 𝑡𝑟𝑎 𝑙𝑒 𝑏𝑎𝑟𝑟𝑖𝑒𝑟𝑒 𝑤𝑠𝑏 1 𝑚𝑚 𝑤43 6 𝑚𝑚 𝑤32 2 𝑚𝑚 𝑤21 2 𝑚𝑚
30 𝑤𝑏𝑡 2 𝑚𝑚 𝐴𝑛𝑔𝑜𝑙𝑖 𝛽1 22° 𝛽2 27° 𝛽3 33° 𝛽4 43° 𝛽𝑏𝑡 20°
I risultati verificano le ipotesi fatte e confermano l’andamento osservato fin ora, in particolare la forma d’onda in uscita è molto distorta fino ai 20° ma di base conserva l’andamento ottenuto con il prototipo di base. Anche la percentuale di ripple e il valore della coppia sono in linea con le
aspettative e confermano l’influenza del valore degli angoli sul ripple, il valore medio della coppia e la distorsione nella forma d’onda. In questa prova la configurazione degli angoli tendeva di più verso valori bassi, per questo la percentuale di ripple si è abbassata pur aumentando la distosione della forma d’onda.
Tab.1.25
% Ripple Parametro coppia 90.555842 4.326527
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Prova 5.4
Per questa prova si utilizza la stessa configurazione della prova 5.2 ma non viene fatto il taglio superiore. Il fatto di eliminare del tutto il taglio superiore serve per capire al meglio quale influenza questo abbia sulla forma d’onda della coppia e su valore del ripple. La configurazione cambia sopratutto nella zona della prima barriera dove, la maggior quantità di spazio, verranno concatenate molte più linee di flusso. Qui di seguito viene riportato il modello utilizzato.
I risultati ottenuti sono in linea con le aspettative e ricalcano quelli ottenuti nei primi cicli di prove. In questo caso però il livello di distorsione tra i 5° e i 20° gradi è molto inferiore per via della diversa configurazione degli angoli delle barriere. Analizzando la concatenazione delle linee di flusso si può notare che nel primo e nel terzo gruppo di barriere vengono concatenate quasi tutte le linee di flusso. Questo succede in tutte le configurazioni provate fin ora, ma influenza maggiorente quelle dove il taglio superiore è assente o è poco profondo causando un aumento di ripple e delle oscillazioni di coppia.
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