In this fast pace world, climate change is one of the primary concerns worldwide. The world is racing towards reducing CO2 emissions by focusing on decreasing energy consumption. Electric motors capture about two-third of the industrial energy consumption, of which the most growing sector is electrical vehicles. The precise design of electric motors requires an optimal estimation of the machine’s performance characteristics. In this master thesis, the impact on core losses of an electric machine (e-machine) due to laser cutting is studied. The impact is derived in terms of a mathematical model which is introduced in a finite element model of an e-machine to attain optimal performance characteristics. A customized Single Sheet Tester (SST) based measuring apparatus is developed. The measuring apparatus is used to characterize the magnetic materials (electrical steel) used in the core of an e-machine. The studies already presented in the literature compromise on maintaining the same material mass while characterizing the magnetic material. Thus, a novel approach is attempted in this work to maintain approximately the same mass for all test samples used for characterization. The samples under test are laser cut possessing different sample widths leading to different distances from the cut edge. The characterized samples are compared for magnetic properties such as permeability and core losses to derive a mathematical model to estimate the impact of degradation in electrical steel. The derived models are implemented in a reference Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) to analyze the degradation effect on the loss and performance characteristics. The influence of laser cutting impacts drastically the iron losses at an average which increases by about 35 % with a corresponding reduction of 21 % in material permeability. There is an average increase in machine torque by about 2 % and the increase in the total iron losses leads to an average 0.5 % decrease in the efficiency of the machine. The increase in iron losses at lower magnetic flux densities is more significant compared to the saturation region. The maximum degradation effect in the material is nearer to the cutting edge and reduces going away from the cut-edge. The permeability in the material decreases closer to the cut edge and thus the maximum amount of flux gets enforced towards the center because of degradation. / I denna snabba värld är klimatförändringarna en av de främsta problemen världen över. Världen tävlar mot att minska CO2 -utsläppen genom att fokusera på att minska energiförbrukningen. Elmotorer tar upp ungefär två tredjedelar av den industriella energiförbrukningen, varav den mest växande sektorn är elfordon. Den exakta designen av elmotorer kräver en optimal uppskattning av maskinens prestandaegenskaper. I denna masteruppsats studeras inverkan på kärnförluster hos en elektrisk maskin (e-maskin) på grund av laserskärning. Effekten härleds i termer av en matematisk modell som åberopas i en Finite Element Modelling (FEM) av en e-maskin för att uppnå optimala prestandaegenskaper. En skräddarsydd SST-baserad mätapparat utvecklas. Mätapparaten används för att karakterisera de magnetiska material (elektriskt stål) som används i kärnan i en e-maskin. De studier som redan presenterats i litteraturen kompromissar med att bibehålla samma materialmassa samtidigt som de karakteriserar det magnetiska materialet. Således har ett nytt tillvägagångssätt försökts i detta arbete för att bibehålla ungefär samma massa för alla testprover som används för karakterisering. Proverna som testas är laserskurna med olika provbredder vilket leder till olika avstånd från den skurna kanten. De karakteriserade proverna jämförs för magnetiska egenskaper såsom permeabilitet och kärnförluster för att härleda en matematisk modell för att uppskatta effekten av nedbrytning i elektriskt stål. De härledda modellerna implementeras i en referens PMSM för att analysera nedbrytningseffekten på förlust- och prestandaegenskaper. Inverkan av laserskärning påverkar drastiskt järnförlusterna med ett genomsnitt som ökar med cirka 35% med en motsvarande minskning av 21 % i material permeabilitet. Det finns en genomsnittlig ökning av maskinens vridmoment med cirka 2 % och ökningen av de totala järnförlusterna leder till en genomsnittlig minskning av maskinens effektivitet med 0,5 %. Ökningen av järnförluster vid lägre magnetiska flödestätheter är mer signifikant jämfört med mättnadsområdet. Den maximala nedbrytningseffekten i materialet är närmare skäreggen och minskar bortgången från skärkanten. Permeabiliteten i materialet minskar närmare den skurna kanten och sålunda tvingas den maximala mängden flöde in mot mitten på grund av nedbrytning.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:kth-321350 |
| Date | January 2022 |
| Creators | Raj, Rishabh |
| Publisher | KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS) |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | TRITA-EECS-EX ; 2022:667 |
Page generated in 0.0033 seconds