Thermal Analysis of Electric Machines MotorCAD

Thermal Analysis of Electric Machines Motor-CAD Create, Design, Engineer! Brief Look at MotorCAD geometry input using dedicated editors select materials, cooling options All difficult heat transfer data calculated automatically lumped circuit solved to calculate steady-state and transient performance Thermal Network Analysis tương tự mạng điện  Điện trở nhiệt điện trở điện  nguồn điện khơng dịng điện nguồn (lỗ)  điện dung nhiệt tụ điện  nhiệt độ nút thay điện áp  dịng điện thơng qua điện trở Trong Motor-CAD, mạng nhiệt tự động thiết lập dựa hình dạng động làm mát loại chọn 3 MotorCAD Motor Types Nam châm vĩnh viễn không chổi than (BPM) Induction (IM) Điện trở chuyển mạch (SRM MotorCAD Motor Types Brush Motor PMDC Inside Out (BPM-OR) Cực vuốt (CLW) Động đồng (SYNC Motor-CAD bao gồm mơ hình chứng minh cho phạm vi rộng lớncủa loại làm mát ▪ Đối lưu tự nhiên (TENV) • nhiều kiểu thiết kế cho vỏ máy ▪ Đối lưu cưỡng - (TEFC) • nhiều kiểu thiết kế kênh vây ▪ Thông qua hệ thống thơng gió • ống dẫn làm mát rơto stato  Open end-shield cooling  Water Jackets • many design types (axial and circumferential ducts) • stator and rotor water jackets  Submersible cooling  Wet Rotor & Wet Stator cooling  Spray Cooling  Direct conductor cooling • Slot water jacket  Conduction • Internal conduction and the effects of mounting  Radiation • Internal and external Các loại làm mát Housing Types Nhiều thiết kế nhà được mơ hình hóa tối ưu hóa nhà thiết kế chọn loại nhà thích hợp để làm mát loại sử dụng sau tối ưu hóa thứ nguyên,ví dụ kích thước vây trục khoảng cách cho TEFC máy móc Steady State or Transient Steady-State schematic diagram eases understanding 10 Steady State or Transient phân tích tải chu kỳ nhiệm vụ đơn giản thoáng qua đơn giản 11 Accurate results 12 Radial & Axial Cross-Section Editors (Trình chỉnh sửa mặt cắt ngang & hướng trục) • Hình học mơ tả cách sử dụng xuyên tâm & trình chỉnh sửa mặt cắt ngang trục- nhập kích thước thiết kế xem xét- mặt cắt xuyên tâm dọc trục phần xác định hiệu ứng cuối chẳng hạn khoảng trống xung quanh cuối cuộn dây có tác động đáng kể đến làm mát • Các biên tập viên cung cấp hình ảnh trực quan Phản hồi- giảm tỷ lệ đầu vào sai sót- nhìn sâu sắc tầm quan trọng nhiệtchuyển đường 16 Đầu vào dễ dàng Trình chỉnh sửa lựa chọn thả xuống cho tùy chọn hình học ▪ hình nam châm, hình thanh, khe loại, v.v.Trình chỉnh sửa số cho thứ nguyên ▪ tên tham số dài trợ giúp xác định ý nghĩa tham số, ví dụSố vị trí ▪ Giúp mơ tả thơng số vào trạng thái cho hàng ▪ nhấn F1 để trợ giúp chi tiết hơnCác thành phần mã hóa màu đến sơ đồ mạng Schematic nhập từ phần mềm SPEED 17 Đầu vào quanh co • l mơ hình cuộn dây phân lớp sử dụng để: - tự động tính tốn tập hợp điện trở nhiệt từ thành khe đến điểm nóng quanh co - đưa hình dung tỷ lệ thành phần khe (lớp lót, đồng,men, ngâm tẩm) • mơ hình chồng chéo khơng loại chồng chéo (suốt chỉ) end-cuộn dây • lấp đầy khe dây dẫn cho đầu vào khe tùy chọn • điền vào cuối cuộn dây tùy chọn đầu vào MLT • đầu vào kích thước dây dẫn chọn từmột bàn dây • dễ dàng mơ hình hóa việc ngâm tẩm lịng tốt ảnh hưởng tăng nhiệt độ • liệu nhập từ SPEED 18 Chọn phương pháp làm mát Phạm vi làm mát rộng rãi tùy chọn có sẵn Sự truyền nhiệt dịng chảy mạch mạng thiết lậpt ự động dựa lựa chọn loại làm mát sử dụng Thích hợp thuật tốn sử dụng để tính tốntruyền nhiệt đối lưu & giảm áp suất thiết lập tự động Động -Tính tốn CAD  lợi ích từ việc mở rộngnghiên cứu đối lưu &phân tích dịng chảy tương quanthực trước MotorDesign Ltd 19 Tổn thất đầu vào chotiếp theo: ▪đồng ▪bàn ▪gió ▪vịng bi ▪Vân vân Độ xác nhiệt độ dự đốn phụ thuộc vào độ xác dự đốn thua lỗ Các khoản tổn hao nhập trực tiếptừ phần mềm SPEED đến từ FEA liệu thử nghiệm Các thuật toán tích hợp Motor-CADđể lập mơ hình biến thể tổn thất với nhiệt độ, tốc độ tải Tổn hao 20 Người dùng nhập liệu nhiệt vật liệu thành phần trực tiếp (nhiệt độ dẫn điện, nhiệt riêng tỷ trọng) chọn vật liệu từ cáccơ sở liệu Trọng lượng vật liệu tính tốn sử dụng tính tốn q độ nhiệt • Có thể thực điều chỉnh trọng lượng yêu cầu, tức tính đến thiết bị đầu cuốihộp, v.v 21 Material Database (Cơ sở liệu vật liệu) thêm vật liệu vào sở liệu vật liệu có 22 Bề mặt hai thành phầnvới kính hiển vi bề mặt thô ráp Khoảng cách bề mặt Được sử dụng để điều tra hiệu ứngkhoảng cách giao diện giữacác thành phần nhiệt hiệu suấtđược mơ hình hóa hiệu khe hở khơn khí vật lý nhìn sâu sắc người dùng cài đặt mặc định dành cho mộtmáy cơng nghiệp điển hìnhthử nghiệm rộng rãi đượcxong để đặt mặc địnhgiá trị cho tham số trongĐộng cơ-CADSử dụng phân tích độ nhạy, chúng tơicó thể nhanh chóng dễ dàngđịnh lượng ảnh hưởng củacác lựa chọn sản xuất vàdung sai nhiệthiệu suất 23 Through Ventilation Model Thơng qua mơ hình thơng gió Cả mạch phân tích mạng truyền nhiệt thiết lập tự động lên tính tốn cho máy thơng gió xun quaNgười dùng có số tùy chọn để xác định đường dẫn dịng khí - phạm vi thiết kế ống dẫn stato rôto 24 Gắn động Việc lắp có tác động đáng kể đến hành vi nhiệt35% - 50% tổng tổn thất tiêu tán thơng qua mặt bích thiết kế động servo Phương pháp kiểm tra xếp hạng NEMA cho động lắp mặt bích / chân cho phép gắn động vào đĩa ▪ thứ mơ hình hóa Motor-CADViệc lắp đặt mơ hình hóa cách sử dụng nhiệt độ cố định phận mộtlượng điện đầu vào nút 25 10 mã hóa màu thành mặt cắt ngangngười biên tậpcác tùy chọn để hiển thị ▪ Sức đề kháng: • Nhãn • Giá trị điện trở • Dịng điện • Sự khác biệt tạm thời ▪ Nút: • Nhãn • Giá trị nhiệt độ • Giá trị điện dunghầu hết nút có nhiều hơnmột kháng cự họ ▪ ví dụ sắt trở lại statođộ dày + khoảng cách giao diện + độ dày nhà ▪ giá trị thành phầnhiển thị để giúp xác địnhhạn chế làm mát sơ đồ hiển thị kết cuối tính tốn nhiệt Sơ đồ Trong ví dụ này, thấy thành phần kháng cự nhà stator trở lại sắt hiệu khoảng cách giao diện 27 Nhiệt độ nút Dữ liệu nút đặt trực tiếp chéo động phần để cung cấp cách nhanh chóng dễ dàng phương pháp hình dung phân bố nhiệt độ trongmáy móc 28 11 Bộ giải đa tham số Motor-CAD khả tự động vẽ đồ thị hữu ích để giúp xác định hạn chế làm mát nghiên cứu hiệu ứng lựa chọn sản xuất dung sai làm máthiệu suất Phân tích độ nhạy sẵn có 29 Phân tích tức thời nhiệt chu kỳ làm việc thấy ví dụ nghĩa vụ-phân tích tải chu trongĐộng cơ-CAD • tải phức tạp nhập cách sử dụngtrình chỉnh sửa chu kỳ nhiệm vụnó nhập từExcel, Matlab, v.v chúng tơi có thỏa thuận tuyệt vờigiữa nhiệt tính tốnphản hồi đo lườngnhiệt độ 30 12 Phân tích ngâm lại tạm thời winding tắt lấy khỏinước (khơng / hơnlàm mát) housing Phân tích ngâm lại quan trọng ứng dụng số máy hàng không vũ trụ ▪ ngâm lại sử dụng để kiểm tra độ nóng vỏ máy tắt máy • Khi tắt, tổn thất trình làm mát cưỡng máy thường dừng lạisao cho vỏ máy tăng nhiệt độ nhiệt thấm ngược trở lại từ cuộn dây nóng Ví dụ hiển thị trên: ▪ động điều khiển cánh quạt tàu lặn nhỏ có gắn camera ▪ làm mát tốt tàu di chuyển nước ▪ để loại bỏ thủ cơng khỏi nước, di chuyển lên bề mặt động bị tắt ▪ thủ cơng sau đưa khỏi nước người vận hành ▪ tổn thất không nhà tăng nhiệt độ (ngâm lại) ▪ Động cơ-CAD sử dụng để đảm bảo nhà khơng q nóng để xử lý an tồn? 33 Ví dụ dự án động cơ-CAD trước Thu nhỏ động cơCải thiện ngâm tẩm Tối ưu hóa vây làm mát xuyên tâm Tối ưu hóa vây làm mát theo trục Thông qua hệ thống thông gió Động chìm Phân tích chu kỳ nhiệm vụ hàng khơng vũ trụ Phân tích chu kỳ nhiệm vụ ô tô PMDC ô tô Phân tích chu kỳ làm việc động servo Mơ hình BPM rơto bên ngồi Lỗi cuộn dây thống qua 43 13 Motor-CAD sử dụng (Motor Miniaturization) Động có: ▪ Chiều dàii hoạt động 50mm ▪ Vỏ dài 130mm Động phân đoạn mới: ▪ Chiều dài hoạt động 50mm ▪ Vỏ dài 100mm ▪ Thêm 34% mô-men xoắn cho mộttăng nhiệt độ 46 Motor-CAD sử dụng (Motor Miniaturization) vật liệu làm bầu / ngâm tẩm ▪ vật liệu trước đây: k = 0,2W / m / C: giảm 6% -8% trongnhiệt độ, ▪ vật liệu mới: k = 1W / m / C (giá trị lớn có):Giảm 15% nhiệt độ 47 14 Động cơ-CAD sử dụng (Tối ưu hóa vây xuyên tâm) increased rating shown for fin design optimised using Motor-CAD 49 Motor-CAD in Use (Some IMs modeled) Temp of the winding predicted to within 5% 315mm Shaft Height, Cast Housing 80mm Shaft Height, Aluminium Housing 200mm Shaft Height, Cast Housing 480mm Diameter, Water Cooled 50 15 Motor-CAD in Use (Through Ventilation model) Temp of the winding predicted to within 2ºC 1150hp IM Details in paper at ICEM 2002 Tw(test) = 157ºC Tw(calc) = 159ºC 51 Through Ventilation model duct systems available:  flow circuit automatically calculated 52 16 Motor-CAD in Use (Soak Back Analysis) submersible analysis:  good cooling when moving under water  motor turned off and removed from water  losses = but housing increases in temperature  safe handling? winding housing 53 Motor-CAD in Use (Aerospace Duty Cycle Analysis) duty-cycle analysis on an aerospace application with a short term load requirement the motor needed to withstand two cycles 54 17 Motor-CAD in Use (Automotive Duty Cycle Analysis) automotive applications (power steering, braking, etc) can have very complex load cycles: • Motor-CAD very useful here • data can be created in Excel and imported into Motor-CAD 55 18 ... automatically calculated 52 16 Motor-CAD in Use (Soak Back Analysis) submersible analysis:  good cooling when moving under water  motor turned off and removed from water  losses = but housing increases... Cycle Analysis) duty-cycle analysis on an aerospace application with a short term load requirement the motor needed to withstand two cycles 54 17 Motor-CAD in Use (Automotive Duty Cycle Analysis) .. .Thermal Network Analysis tương tự mạng điện  Điện trở nhiệt điện trở điện  nguồn điện khơng dịng điện