Three-dimensional thermal model of a line-start permanent magnet synchronous motor using computational fluid dynamics

• Autorzy: Lipiński Sz. , Zawilak J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2017.02.39

Warianty tytułu

PL

Trójwymiarowy model cieplny silnika synchronicznego z magnesami trwałymi o rozruchu bezpośrednim przy zastosowaniu obliczeniowej mechaniki płynów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An analysis of heat transfer in a low power line-start permanent magnet synchronous motor is presented. A three-dimensional numerical model together with its experimental verification are reported. The model takes into account the mixed convection and heat conduction inside the motor. Radiative heat transfer is assumed to be negligible due to relatively low temperature difference between the motor’s surface and the environment. The analysis was performed for steady state operation conditions at rated load. To determine the loss density distribution in the motor, electromagnetic calculations were performed. The temperature distribution on the surface of the frame in a steady state calculated numerically was compared with pictures taken with an infrared camera. To verify the thermal images four thermocouples placed on the frame were used. Furthermore, the surface temperature of the rotor was measured using pyrometers.

PL

W pracy opisano analizę wymiany ciepła w silniku synchronicznym małej mocy o rozruchu bezpośrednim i jego otoczeniu. Zaprezentowano trójwymiarowy numeryczny model cieplny obiektu oraz jego weryfikację doświadczalną. Model uwzglednia konwekcję naturalna i wymuszoną oraz przewodzenie ciepła wewnątrz silnika. Oddawanie ciepła przez promieniowanie pominięto, jako nieznaczące ze względu na zbyt niską róźnicę temperatur powierzchni i otoczenia. Analizę przeprowadzono w stanie ustalonym podczas pracy silnika ze znamionowym obciążeniem. W celu wyznaczenia rozkładu gęstości strat w silniku wykonano obliczenia na modelu elektromagnetycznym. Rozkład temperatury na powierzchni korpusu w stanie ustalonym obliczony metodą numeryczną i porównano ze zdjęciami wykonanymi kamerą termowizyjną. Do weryfikacji termogramów uzyskanych przy pomocy kamery termowizyjnej wykorzystano cztery termopary umieszczone w korpusie. Ponadto zmierzono temperaturę powierzchni czołowej wirnika wykorzystujac pirometry.

Słowa kluczowe

EN

synchronous motor; permanent magnet; line-start; thermal analysis; computational fluid dynamics

PL

silnik synchroniczny; magnes trwały; rozruch bezpośredni; analiza termiczna; obliczeniowa mechanika płynów

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 93, nr 2
• Strony: 177--180
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Lipiński Sz.

• Faculty of Electrical Engineering, Wroclaw University of Technology, ul. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

autor

Zawilak J.

• Faculty of Electrical Engineering, Wroclaw University of Technology, ul. Wyspiańskiego 27, 50-370 Wrocław, Poland

Bibliografia

• [1] Lefik M.: Design of permanent magnet synchronous motors including thermal aspects, COMPEL: The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering, 34, pp. 561–572, 2015.
• [2] Faharani M., Gockenbach E., Borsi H., Shäfer K., Kaufhold M.: Behavior of Machine Insulation Systems Subjected to Accelerated Thermal Aging Test, IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 17(5), pp. 1364–1372, 2010.
• [3] Boglietti A., Cavagnino A., Staton D., Shanel M., Mueller M., Mejuto C.: Evolution and Modern Approaches for Thermal Analysis of Electrical Machines, IEEE Transactions on Industrial Electronics, 56(3), pp. 871–882, 2009.
• [4] ANSYS Maxwell 16.2: Maxwell 2D Technical Notes – Transient Simulation, Maxwell Online Help.
• [5] ANSYS CFX 16.2: CFX Modelling Guide & Theory Guide, ANSYS Help Viewer.
• [6] Menter F. R., Kuntz M., Langtry R.: Ten years of industrial experience with the SST turbulence model, Turbulence, Heat and Mass Transfer 4, Begell House Inc., 2003.
• [7] Idoughi L., Mininger X., Bouillault F., Bernard L., Hoang E.: Thermal Model with Winding Homogenization and FIT Discretization for Stator Slot, IEEE Transactions on Magnetics, 47(12), pp. 4822-4826, 2011.
• [8] Furmański P., Gogół W. Podstawy przewodzenia ciepła w ośrodkach anizotropowych, Biuletyn informacyjny Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej, 46, 1977
• [9] ANSYS Fluent 16.2: Fluent Theory Guide, ANSYS Help Viewer

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).