Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käytät selainversiota, jossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Jatkuvan tuen varmistamiseksi näytämme tällä välin sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Moottorin käyttökustannusten ja pitkäikäisyyden vuoksi oikea moottorin lämmönhallintastrategia on erittäin tärkeä.Tässä artikkelissa on kehitetty lämmönhallintastrategia induktiomoottoreille paremman kestävyyden ja tehokkuuden parantamiseksi.Lisäksi suoritettiin laaja katsaus moottorin jäähdytysmenetelmiä koskevaan kirjallisuuteen.Päätuloksena on suuritehoisen ilmajäähdytteisen asynkronisen moottorin lämpölaskelma, jossa otetaan huomioon tunnettu lämmönjako-ongelma.Lisäksi tässä tutkimuksessa ehdotetaan integroitua lähestymistapaa kahdella tai useammalla jäähdytysstrategialla nykyisten tarpeiden täyttämiseksi.On tehty numeerinen tutkimus 100 kW:n ilmajäähdytteisen asynkronisen moottorin mallista ja saman moottorin parannetusta lämmönhallintamallista, jossa moottorin hyötysuhteessa saavutetaan merkittävä lisäys ilmajäähdytyksen ja integroidun vesijäähdytysjärjestelmän yhdistelmällä. toteutettu.Integroitua ilma- ja vesijäähdytteistä järjestelmää tutkittiin SolidWorks 2017- ja ANSYS Fluent 2021 -versioilla.Kolme erilaista vesivirtausta (5 l/min, 10 l/min ja 15 l/min) analysoitiin perinteisiä ilmajäähdytteisiä oikosulkumoottoreita vastaan ja varmennettiin käyttämällä saatavilla olevia julkaistuja resursseja.Analyysi osoittaa, että eri virtausnopeuksilla (5 l/min, 10 l/min ja 15 l/min vastaavasti) saimme vastaavat lämpötilan laskut 2,94 %, 4,79 % ja 7,69 %.Siksi tulokset osoittavat, että upotettu oikosulkumoottori voi tehokkaasti alentaa lämpötilaa ilmajäähdytteiseen induktiomoottoriin verrattuna.
Sähkömoottori on yksi modernin tekniikan tärkeimmistä keksinnöistä.Sähkömoottoreita käytetään kaikessa kodinkoneista ajoneuvoihin, mukaan lukien auto- ja ilmailuteollisuus.Viime vuosina oikosulkumoottorien (AM) suosio on kasvanut niiden suuren käynnistysmomentin, hyvän nopeudensäädön ja kohtuullisen ylikuormituskyvyn ansiosta (kuva 1).Induktiomoottorit eivät vain saa hehkulamppujasi hehkumaan, vaan ne antavat virtaa suurimmalle osalle kodin vempaimista hammasharjasta Teslaan.Mekaaninen energia IM:ssä syntyy staattorin ja roottorin käämien magneettikentän kosketuksesta.Lisäksi IM on varteenotettava vaihtoehto harvinaisten maametallien rajallisen tarjonnan vuoksi.AD:n suurin haitta on kuitenkin, että niiden käyttöikä ja tehokkuus ovat erittäin herkkiä lämpötilalle.Induktiomoottorit kuluttavat noin 40 % maailman sähköstä, minkä pitäisi saada meidät ajattelemaan, että näiden koneiden virrankulutuksen hallinta on kriittistä.
Arrhenius-yhtälön mukaan jokaista 10°C:n käyttölämpötilan nousua kohden koko moottorin käyttöikä puolittuu.Siksi koneen luotettavuuden ja tuottavuuden lisäämiseksi on kiinnitettävä huomiota verenpaineen lämpösäätöön.Aiemmin lämpöanalyysi on laiminlyöty ja moottorisuunnittelijat ovat pohtineet ongelmaa vain reuna-alueilla suunnittelukokemuksen tai muiden mittamuuttujien, kuten käämin virrantiheyden jne., perusteella. Nämä lähestymistavat johtavat suurten turvamarginaalien soveltamiseen pahimmille lämmitysolosuhteissa, mikä johtaa koneen koon kasvuun ja siten kustannusten nousuun.
Lämpöanalyysiä on kahdenlaisia: niputettu piirianalyysi ja numeeriset menetelmät.Analyyttisten menetelmien tärkein etu on kyky suorittaa laskelmia nopeasti ja tarkasti.Kuitenkin on ponnisteltava huomattavasti piirien määrittelemiseksi riittävän tarkasti lämpöpolkujen simuloimiseksi.Toisaalta numeeriset menetelmät jaetaan karkeasti laskennalliseen virtausdynamiikkaan (CFD) ja rakenteelliseen lämpöanalyysiin (STA), joissa molemmissa käytetään elementtianalyysiä (FEA).Numeerisen analyysin etuna on, että sen avulla voidaan mallintaa laitteen geometria.Järjestelmän asennus ja laskelmat voivat kuitenkin joskus olla vaikeita.Alla käsitellyt tieteelliset artikkelit ovat esimerkkejä erilaisten nykyaikaisten oikosulkumoottorien lämpö- ja sähkömagneettisista analyyseista.Nämä artikkelit saivat kirjoittajat tutkimaan asynkronisten moottoreiden lämpöilmiöitä ja niiden jäähdytysmenetelmiä.
Pil-Wan Han1 osallistui MI:n lämpö- ja sähkömagneettiseen analyysiin.Lämpöanalyysissä käytetään niputettua piirianalyysimenetelmää ja sähkömagneettiseen analyysiin ajallisesti muuttuvaa magneettista elementtimenetelmää.Staattorin käämityksen lämpötila on arvioitava luotettavasti, jotta lämpö ylikuormitussuoja saataisiin oikein kaikissa teollisissa sovelluksissa.Ahmed et al.2 ehdottivat korkeamman asteen lämpöverkkomallia, joka perustuu syviin termisiin ja termodynaamisiin näkökohtiin.Lämpömallinnusmenetelmien kehittäminen teolliseen lämpösuojaukseen hyötyy analyyttisista ratkaisuista ja lämpöparametrien huomioimisesta.
Nair et al.3 käytti 39 kW IM:n ja 3D-numeerisen lämpöanalyysin yhdistettyä analyysiä ennustaakseen lämmönjakaumaa sähkökoneessa.Ying et al.4 analysoivat tuuletinjäähdytettyjä täysin suljettuja (TEFC) IM:itä 3D-lämpötila-estimoinnilla.Moon et ai.5 tutki IM TEFC:n lämpövirtausominaisuuksia CFD:n avulla.LPTN-moottorisiirtymämallin antoivat Todd et al.6.Kokeellisia lämpötilatietoja käytetään yhdessä ehdotetusta LPTN-mallista johdettujen laskettujen lämpötilojen kanssa.Peter ym.7 käyttivät CFD:tä tutkiakseen ilmavirtausta, joka vaikuttaa sähkömoottoreiden lämpökäyttäytymiseen.
Cabral ym8 ehdottivat yksinkertaista IM-lämpömallia, jossa koneen lämpötila saatiin soveltamalla sylinterin lämmön diffuusioyhtälöä.Nategh et al.9 tutki itsetuulettavaa vetomoottorijärjestelmää käyttämällä CFD:tä optimoitujen komponenttien tarkkuuden testaamiseen.Siten numeerisia ja kokeellisia tutkimuksia voidaan käyttää simuloimaan oikosulkumoottorien lämpöanalyysiä, ks.2.
Yinye et al.10 ehdottivat suunnittelua lämmönhallinnan parantamiseksi hyödyntämällä standardimateriaalien yhteisiä lämpöominaisuuksia ja yleisiä koneen osien häviön lähteitä.Marco ym.11 esittivät kriteerit koneenkomponenttien jäähdytysjärjestelmien ja vesivaippojen suunnittelulle CFD- ja LPTN-malleilla.Yaohui et al.12 tarjoavat erilaisia ohjeita sopivan jäähdytysmenetelmän valitsemiseksi ja suorituskyvyn arvioimiseksi suunnitteluprosessin varhaisessa vaiheessa.Nell et al.13 ehdottivat mallien käyttöä kytketyssä sähkömagneettis-termisessä simulaatiossa tietylle arvoalueelle, yksityiskohtatasolle ja laskentateholle monifysiikkaongelmaan.Jean ym.14 ja Kim ym.15 tutkivat ilmajäähdytteisen induktiomoottorin lämpötilajakaumaa käyttämällä 3D-kytkettyä FEM-kenttää.Laske syöttötiedot käyttämällä 3D-pyörrevirtakenttäanalyysiä Joule-häviöiden löytämiseksi ja käytä niitä lämpöanalyysissä.
Michel et al.16 vertailivat perinteisiä keskipakotuulettimia erityyppisiin aksiaalipuhaltimiin simulaatioiden ja kokeiden avulla.Yhdellä näistä malleista saavutettiin pieniä, mutta merkittäviä parannuksia moottorin hyötysuhteessa säilyttäen samalla käyttölämpötilan.
Lu ym.17 käyttivät ekvivalenttia magneettipiirimenetelmää yhdessä Boglietti-mallin kanssa arvioidakseen oikosulkumoottorin akselin rautahäviöitä.Kirjoittajat olettavat, että magneettivuon tiheyden jakautuminen missä tahansa poikkileikkauksessa karamoottorin sisällä on tasainen.He vertasivat menetelmäänsä elementtianalyysin ja kokeellisten mallien tuloksiin.Tätä menetelmää voidaan käyttää MI:n express-analyysiin, mutta sen tarkkuus on rajallinen.
Kuvassa 18 esitetään erilaisia menetelmiä lineaarisen induktiomoottoreiden sähkömagneettisen kentän analysoimiseksi.Niistä kuvataan menetelmiä tehohäviöiden arvioimiseksi reaktiivisissa kiskoissa ja menetelmiä veto-oikosulkumoottoreiden lämpötilan nousun ennustamiseksi.Näillä menetelmillä voidaan parantaa lineaaristen induktiomoottorien energian muunnostehokkuutta.
Zabdur et ai.19 tutki jäähdytysvaivojen suorituskykyä kolmiulotteisella numeerisella menetelmällä.Jäähdytysvaippa käyttää vettä pääasiallisena jäähdytysnesteen lähteenä kolmivaiheisessa IM:ssä, mikä on tärkeää pumppauksen tehon ja maksimilämpötilojen kannalta.Rippel et ai.20 on patentoinut uuden lähestymistavan nestejäähdytysjärjestelmiin, nimeltään poikittaislaminoitu jäähdytys, jossa kylmäaine virtaa poikittaisesti kapeiden alueiden läpi, jotka muodostuvat toistensa magneettisessa laminaatissa olevista reikistä.Deriszade et ai.21 tutki kokeellisesti autoteollisuuden vetomoottorien jäähdytystä etyleeniglykolin ja veden seoksella.Arvioi eri seosten suorituskykyä CFD- ja 3D-pyörteisen nesteen analyysillä.Boopathin et al.22 simulaatiotutkimus osoitti, että vesijäähdytteisten moottoreiden lämpötila-alue (17-124°C) on huomattavasti pienempi kuin ilmajäähdytteisten (104-250°C).Vesijäähdytteisen alumiinimoottorin maksimilämpötilaa lasketaan 50,4 % ja PA6GF30 vesijäähdytteisen moottorin maksimilämpötilaa 48,4 %.Bezukov ym.23 arvioivat kalkin muodostumisen vaikutusta moottorin seinämän lämmönjohtavuuteen nestejäähdytysjärjestelmällä.Tutkimukset ovat osoittaneet, että 1,5 mm paksu oksidikalvo vähentää lämmönsiirtoa 30 %, lisää polttoaineen kulutusta ja vähentää moottorin tehoa.
Tanguy ym.24 suorittivat kokeita erilaisilla virtausnopeuksilla, öljyn lämpötiloilla, pyörimisnopeuksilla ja ruiskutustiloilla sähkömoottoreille käyttämällä voiteluöljyä jäähdytysnesteenä.Virtausnopeuden ja kokonaisjäähdytystehokkuuden välillä on havaittu vahva yhteys.Ha et al.25 ehdottivat tiputussuuttimien käyttöä suuttimina öljykalvon tasaisen jakamiseksi ja moottorin jäähdytystehokkuuden maksimoimiseksi.
Nandi et al.26 analysoivat L-muotoisten litteiden lämpöputkien vaikutusta moottorin suorituskykyyn ja lämmönhallintaan.Lämpöputken höyrystinosa asennetaan moottorin koteloon tai upotetaan moottorin akseliin ja lauhdutinosa asennetaan ja jäähdytetään kiertävällä nesteellä tai ilmalla.Bellettre et ai.27 tutki PCM:n kiinteä-nestejäähdytysjärjestelmää transienttimoottorin staattorille.PCM kyllästää käämityspäät ja alentaa hot spot -lämpötilaa varastoimalla piilevää lämpöenergiaa.
Siten moottorin suorituskykyä ja lämpötilaa arvioidaan käyttämällä erilaisia jäähdytysstrategioita, katso kuva.3. Nämä jäähdytyspiirit on suunniteltu säätämään käämien, levyjen, käämityspäiden, magneettien, rungon ja päätylevyjen lämpötilaa.
Nestejäähdytysjärjestelmät tunnetaan tehokkaasta lämmönsiirrostaan.Jäähdytysnesteen pumppaus moottorin ympärille kuluttaa kuitenkin paljon energiaa, mikä vähentää moottorin tehollista tehoa.Ilmanjäähdytysjärjestelmät sen sijaan ovat laajalti käytetty menetelmä alhaisten kustannustensa ja päivityksen helppouden vuoksi.Se on kuitenkin edelleen vähemmän tehokas kuin nestejäähdytysjärjestelmät.Tarvitaan integroitu lähestymistapa, jolla voidaan yhdistää nestejäähdytteisen järjestelmän korkea lämmönsiirtokyky ilmajäähdytteisen järjestelmän alhaisiin kustannuksiin ilman lisäenergian kulutusta.
Tässä artikkelissa luetellaan ja analysoidaan AD:n lämpöhäviöt.Tämän ongelman mekanismi sekä oikosulkumoottoreiden lämmitys ja jäähdytys on selitetty jaksossa Lämpöhäviö induktiomoottoreissa jäähdytysstrategioiden kautta.Induktiomoottorin sydämen lämpöhäviö muunnetaan lämmöksi.Siksi tässä artikkelissa käsitellään lämmönsiirtomekanismia moottorin sisällä johtumisen ja pakotetun konvektion avulla.IM:n lämpömallinnus jatkuvuusyhtälöillä, Navier-Stokes/vauhtiyhtälöillä ja energiayhtälöillä on raportoitu.Tutkijat suorittivat IM:n analyyttisiä ja numeerisia lämpötutkimuksia arvioidakseen staattorin käämien lämpötilaa yksinomaan sähkömoottorin lämpötilan ohjaamiseksi.Tämä artikkeli keskittyy ilmajäähdytteisten IM:ien lämpöanalyysiin ja integroitujen ilmajäähdytteisten ja vesijäähdytteisten IM:ien lämpöanalyysiin käyttämällä CAD-mallinnusta ja ANSYS Fluent -simulaatiota.Ja ilmajäähdytteisten ja vesijäähdytteisten järjestelmien integroidun, parannetun mallin lämpöedut analysoidaan perusteellisesti.Kuten edellä mainittiin, tässä luetellut asiakirjat eivät ole yhteenveto tekniikan tasosta lämpöilmiöiden ja induktiomoottorien jäähdytyksen alalla, mutta ne osoittavat monia ongelmia, jotka on ratkaistava oikosulkumoottorien luotettavan toiminnan varmistamiseksi .
Lämpöhäviö jaetaan yleensä kuparihäviöön, rautahäviöön ja kitka/mekaaniseen häviöön.
Kuparihäviöt ovat seurausta joulen lämmittämisestä johtimen ominaisvastuksen vuoksi, ja ne voidaan ilmaista arvolla 10,28:
missä q̇g on tuotettu lämpö, I ja Ve ovat nimellisvirta ja -jännite, vastaavasti, ja Re on kuparin vastus.
Rautahäviö, joka tunnetaan myös nimellä parasiittihäviö, on toinen päähäviötyyppi, joka aiheuttaa hystereesiä ja pyörrevirtahäviöitä AM:ssä, pääasiassa ajassa muuttuvan magneettikentän aiheuttamana.Ne kvantifioidaan laajennetulla Steinmetzin yhtälöllä, jonka kertoimia voidaan pitää vakioina tai muuttuvina käyttöolosuhteista riippuen10,28,29.
missä Khn on ydinhäviökaaviosta johdettu hystereesihäviökerroin, Ken on pyörrevirtahäviökerroin, N on harmoninen indeksi, Bn ja f ovat ei-sinimuotoisen herätteen huippuvuon tiheys ja taajuus.Yllä olevaa yhtälöä voidaan yksinkertaistaa edelleen seuraavasti10,29:
Niistä K1 ja K2 ovat ydinhäviökerroin ja pyörrevirtahäviö (qec), hystereesihäviö (qh) ja vastaavasti ylimääräinen häviö (qex).
Tuulikuorma ja kitkahäviöt ovat kaksi tärkeintä mekaanisten häviöiden syytä IM:ssä.Tuuli- ja kitkahäviöt ovat 10,
Kaavassa n on pyörimisnopeus, Kfb on kitkahäviöiden kerroin, D on roottorin ulkohalkaisija, l on roottorin pituus, G on roottorin 10 paino.
Ensisijainen lämmönsiirtomekanismi moottorin sisällä on johtuminen ja sisäinen lämmitys, kuten tähän esimerkkiin sovellettava Poisson-yhtälö30 määrittää:
Käytön aikana, tietyn ajankohdan jälkeen, kun moottori saavuttaa vakaan tilan, syntyvä lämpö voidaan arvioida pintalämpövuon jatkuvalla lämmityksellä.Siksi voidaan olettaa, että johtaminen moottorin sisällä tapahtuu sisäisen lämmön vapautuessa.
Lämmönsiirtoa evien ja ympäröivän ilmakehän välillä pidetään pakkokonvektiona, kun neste pakotetaan liikkumaan tiettyyn suuntaan ulkoisen voiman vaikutuksesta.Konvektio voidaan ilmaista luvulla 30:
missä h on lämmönsiirtokerroin (W/m2 K), A on pinta-ala ja ΔT on lämmönsiirtopinnan ja pintaan nähden kohtisuorassa olevan kylmäaineen välinen lämpötilaero.Nusselt-luku (Nu) on rajaan nähden kohtisuorassa olevan konvektiivisen ja johtavan lämmönsiirron suhteen mitta, ja se valitaan laminaarisen ja turbulentin virtauksen ominaisuuksien perusteella.Empiirisen menetelmän mukaan turbulenttisen virtauksen Nusselt-luku yhdistetään yleensä Reynoldsin lukuun ja Prandtl-lukuun ilmaistuna 30:nä:
missä h on konvektiivinen lämmönsiirtokerroin (W/m2 K), l on ominaispituus, λ on nesteen lämmönjohtavuus (W/m K) ja Prandtl-luku (Pr) on lämmön suhteen mitta. liikemäärän diffuusiokerroin lämpödiffusiivisuudelle (tai lämpörajakerroksen nopeudelle ja suhteelliselle paksuudelle), joka määritellään arvoksi 30:
missä k ja cp ovat vastaavasti nesteen lämmönjohtavuus ja ominaislämpökapasiteetti.Yleisesti ottaen ilma ja vesi ovat yleisimpiä sähkömoottoreiden jäähdytysnesteitä.Ilman ja veden nesteominaisuudet ympäristön lämpötilassa on esitetty taulukossa 1.
IM-lämpömallinnus perustuu seuraaviin oletuksiin: 3D vakaa tila, turbulentti virtaus, ilma on ihanteellinen kaasu, merkityksetön säteily, Newtonin neste, kokoonpuristumaton neste, liukumattomuus ja vakioominaisuudet.Siksi seuraavia yhtälöitä käytetään täyttämään massan, liikemäärän ja energian säilymislakit nestealueella.
Yleisessä tapauksessa massan säilymisyhtälö on yhtä suuri kuin nettomassavirtaus soluun nesteen kanssa, määritettynä kaavalla:
Newtonin toisen lain mukaan nestemäisen hiukkasen liikemäärän muutosnopeus on yhtä suuri kuin siihen vaikuttavien voimien summa, ja yleinen liikemäärän säilymisyhtälö voidaan kirjoittaa vektorimuodossa seuraavasti:
Termit ∇p, ∇∙τij ja ρg yllä olevassa yhtälössä edustavat vastaavasti painetta, viskositeettia ja painovoimaa.Koneiden jäähdytysaineina käytettyjä jäähdytysaineita (ilma, vesi, öljy jne.) pidetään yleisesti newtonilaisina.Tässä esitetyt yhtälöt sisältävät vain lineaarisen suhteen leikkausjännityksen ja leikkaussuuntaan nähden kohtisuorassa olevan nopeusgradientin (venymänopeuden) välillä.Kun otetaan huomioon vakioviskositeetti ja tasainen virtaus, yhtälö (12) voidaan muuttaa arvoon 31:
Termodynamiikan ensimmäisen pääsäännön mukaan nestemäisen hiukkasen energian muutosnopeus on yhtä suuri kuin nestehiukkasen tuottaman nettolämmön ja nestehiukkasen tuottaman nettotehon summa.Newtonin kokoonpuristuvalle viskoosiselle virtaukselle energiansäästöyhtälö voidaan ilmaista seuraavasti31:
jossa Cp on lämpökapasiteetti vakiopaineessa, ja termi ∇ ∙ (k∇T) liittyy lämmönjohtavuuteen nestekennon rajan läpi, missä k tarkoittaa lämmönjohtavuutta.Mekaanisen energian muuntamista lämmöksi tarkastellaan termillä \(\varnothing\) (eli viskoosin hajoamisfunktio) ja se määritellään seuraavasti:
Missä \(\rho\) on nesteen tiheys, \(\mu\) on nesteen viskositeetti, u, v ja w ovat nesteen nopeuden suunnan x, y, z potentiaali, vastaavasti.Tämä termi kuvaa mekaanisen energian muuntamista lämpöenergiaksi, ja se voidaan jättää huomiotta, koska se on tärkeää vain silloin, kun nesteen viskositeetti on erittäin korkea ja nesteen nopeusgradientti on erittäin suuri.Tasaisen virtauksen, vakion ominaislämmön ja lämmönjohtavuuden tapauksessa energiayhtälöä muutetaan seuraavasti:
Nämä perusyhtälöt on ratkaistu laminaarivirralle suorakulmaisessa koordinaatistossa.Kuitenkin, kuten monet muutkin tekniset ongelmat, sähkökoneiden toiminta liittyy ensisijaisesti turbulenttisiin virtauksiin.Siksi näitä yhtälöitä muutetaan muodostamaan Reynolds Navier-Stokes (RANS) -keskiarvomenetelmä turbulenssimallinnusta varten.
Tässä työssä valittiin ANSYS FLUENT 2021 -ohjelma CFD-mallinnukseen vastaavilla reunaehdoilla, kuten tarkasteltuna mallina: asynkroninen ilmajäähdytteinen moottori, jonka teho on 100 kW, roottorin halkaisija 80,80 mm, halkaisija staattorin 83,56 mm (sisäinen) ja 190 mm (ulkoinen), ilmarako 1,38 mm, kokonaispituus 234 mm, määrä , ripojen paksuus 3 mm..
SolidWorks-ilmajäähdytteinen moottorimalli tuodaan sitten ANSYS Fluentiin ja simuloidaan.Lisäksi saadut tulokset tarkistetaan suoritetun simulaation tarkkuuden varmistamiseksi.Lisäksi integroitu ilma- ja vesijäähdytteinen IM mallinnettiin SolidWorks 2017 -ohjelmistolla ja simuloitiin ANSYS Fluent 2021 -ohjelmistolla (kuva 4).
Tämän mallin suunnittelu ja mitat ovat saaneet inspiraationsa Siemens 1LA9 alumiinisarjasta ja mallinnettu SolidWorks 2017:ssä. Mallia on hieman muokattu vastaamaan simulaatioohjelmiston tarpeita.Muokkaa CAD-malleja poistamalla ei-toivottuja osia, poistamalla viisteitä, viisteitä ja paljon muuta mallinnettaessa ANSYS Workbench 2021:llä.
Suunnitteluinnovaatio on vesivaippa, jonka pituus määritettiin ensimmäisen mallin simulaatiotuloksista.Vesitakkisimulaatioon on tehty joitain muutoksia parhaan tuloksen saamiseksi käytettäessä vyötäröä ANSYS:ssä.IM:n eri osat on esitetty kuvassa.5a-f.
(A).Roottorin ydin ja impressioakseli.(b) IM staattorin sydän.c) IM staattorin käämitys.d) Vianilmaisimen ulkoinen runko.(e) IM-vesivaippa.f) ilma- ja vesijäähdytteisten IM-mallien yhdistelmä.
Akseliasennettava puhallin tuottaa tasaisen 10 m/s ilmavirran ja 30 °C lämpötilan ripojen pinnalle.Nopeuden arvo valitaan satunnaisesti riippuen tässä artikkelissa analysoidun verenpaineen kapasiteetista, joka on suurempi kuin kirjallisuudessa ilmoitettu.Kuuma vyöhyke sisältää roottorin, staattorin, staattorin käämit ja roottorin kehikkopalkit.Staattorin ja roottorin materiaalit ovat terästä, käämit ja häkkitangot kuparia, runko ja rivat alumiinia.Näillä alueilla syntyvä lämpö johtuu sähkömagneettisista ilmiöistä, kuten Joule-kuumenemisesta, kun ulkoinen virta johdetaan kuparikäämin läpi, sekä magneettikentän muutoksista.Eri komponenttien lämmön vapautumisnopeudet on otettu eri kirjallisuudesta, joka on saatavilla 100 kW IM:lle.
Integroidut ilma- ja vesijäähdytteiset IM:t sisälsivät yllä mainittujen olosuhteiden lisäksi myös vesivaipan, jossa analysoitiin lämmönsiirtokykyä ja pumpun tehovaatimuksia erilaisille veden virtausnopeuksille (5 l/min, 10 l/min). ja 15 l/min).Tämä venttiili valittiin minimiventtiiliksi, koska tulokset eivät muuttuneet merkittävästi alle 5 l/min virtauksilla.Lisäksi maksimiarvoksi valittiin virtausnopeus 15 l/min, koska pumppausteho kasvoi merkittävästi huolimatta siitä, että lämpötila jatkoi laskuaan.
Erilaisia pikaviestimalleja tuotiin ANSYS Fluentiin ja muokattiin edelleen ANSYS Design Modelerillä.Lisäksi AD:n ympärille rakennettiin laatikon muotoinen kotelo, jonka mitat olivat 0,3 × 0,3 × 0,5 m, analysoimaan ilman liikettä moottorin ympärillä ja tutkimaan lämmön poistumista ilmakehään.Samanlaiset analyysit suoritettiin integroiduille ilma- ja vesijäähdytteisille IM:ille.
IM-malli mallinnetaan numeerisilla CFD- ja FEM-menetelmillä.Verkot rakennetaan CFD:ssä jakamaan verkkotunnus tiettyyn määrään komponentteja ratkaisun löytämiseksi.Moottorin komponenttien yleisessä monimutkaisessa geometriassa käytetään tetraedrisilmiä, joissa on sopiva elementtikoko.Kaikki rajapinnat täytettiin 10 kerroksella tarkkojen pintalämmönsiirtotulosten saamiseksi.Kahden MI-mallin ruudukkogeometria on esitetty kuvassa.6a, b.
Energiayhtälön avulla voit tutkia lämmönsiirtoa moottorin eri alueilla.Ulkopinnan ympärillä olevan turbulenssin mallintamiseen valittiin K-epsilon-turbulenssimalli vakioseinätoiminnoilla.Malli ottaa huomioon kineettisen energian (Ek) ja turbulenttisen hajoamisen (epsilon).Kupari, alumiini, teräs, ilma ja vesi valittiin niiden standardiominaisuuksien perusteella käytettäväksi omissa sovelluksissaan.Lämmönpoistonopeudet (katso taulukko 2) on annettu syötteinä ja eri akkuvyöhykkeiden olosuhteet on asetettu arvoihin 15, 17, 28, 32. Ilman nopeus moottorikotelon yli asetettiin 10 m/s molemmissa moottorimalleissa ja Lisäksi vesivaipalle otettiin huomioon kolme erilaista vesinopeutta (5 l/min, 10 l/min ja 15 l/min).Tarkkuuden lisäämiseksi kaikkien yhtälöiden jäännösarvot asetettiin arvoon 1 × 10–6.Valitse SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Equations) -algoritmi ratkaistaksesi Navier Prime (NS) -yhtälöt.Kun hybridialustaminen on valmis, asennus suorittaa 500 iteraatiota kuvan 7 mukaisesti.
Postitusaika: 24.7.2023