Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Әзірше, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Қозғалтқыштың пайдалану шығындары мен ұзақ қызмет ету мерзіміне байланысты қозғалтқыштың жылуын басқарудың дұрыс стратегиясы өте маңызды.Бұл мақала ұзақ мерзімділікті қамтамасыз ету және тиімділікті арттыру үшін асинхронды қозғалтқыштар үшін жылуды басқару стратегиясын әзірледі.Сонымен қатар, қозғалтқышты салқындату әдістері туралы әдебиеттерге кең шолу жасалды.Негізгі нәтиже ретінде жылуды бөлудің белгілі мәселесін ескере отырып, жоғары қуатты ауамен салқындатылған асинхронды қозғалтқыштың жылулық есебі келтірілген.Бұған қоса, бұл зерттеу ағымдағы қажеттіліктерді қанағаттандыру үшін екі немесе одан да көп салқындату стратегиясымен біріктірілген тәсілді ұсынады.100 кВт ауамен салқындатылатын асинхронды қозғалтқыштың үлгісін және сол қозғалтқыштың жақсартылған жылуды басқару моделін сандық зерттеу жүргізілді, мұнда қозғалтқыштың тиімділігін айтарлықтай арттыру ауаны салқындату мен біріктірілген суды салқындату жүйесінің үйлесімі арқылы қол жеткізілді. орындалған.Біріктірілген ауамен және сумен салқындатылған жүйе SolidWorks 2017 және ANSYS Fluent 2021 нұсқалары арқылы зерттелді.Үш түрлі су ағыны (5 л/мин, 10 л/мин және 15 л/мин) кәдімгі ауамен салқындатылған асинхронды қозғалтқыштармен салыстырылды және қолжетімді жарияланған ресурстарды пайдалана отырып тексерілді.Талдау көрсеткендей, әртүрлі ағын жылдамдығы үшін (тиісінше 5 л/мин, 10 л/мин және 15 л/мин) біз сәйкес температураның 2,94%, 4,79% және 7,69% төмендеуін алдық.Сондықтан, нәтижелер енгізілген асинхронды қозғалтқыш ауамен салқындатылған асинхронды қозғалтқышпен салыстырғанда температураны тиімді төмендете алатындығын көрсетеді.
Электр қозғалтқышы қазіргі инженерлік ғылымның негізгі өнертабыстарының бірі болып табылады.Электр қозғалтқыштары тұрмыстық техникадан бастап көлік құралдарына дейін, соның ішінде автомобиль және аэроғарыш өнеркәсібінде қолданылады.Соңғы жылдары асинхронды қозғалтқыштардың (АМ) танымалдығы олардың жоғары іске қосу моменті, жақсы жылдамдықты басқару және қалыпты шамадан тыс жүктеме қабілеті арқасында өсті (1-сурет).Асинхронды қозғалтқыштар шамдарыңызды жарқыратып қана қоймайды, олар үйдегі гаджеттердің көпшілігін, тіс щеткасынан бастап Tesla-ға дейін қуаттандырады.ИМ-дегі механикалық энергия статор мен ротор орамаларының магнит өрісінің жанасуынан пайда болады.Сонымен қатар, IM сирек кездесетін металдардың шектеулі жеткізіліміне байланысты өміршең нұсқа болып табылады.Дегенмен, АД-ның негізгі кемшілігі олардың қызмет ету мерзімі мен тиімділігі температураға өте сезімтал.Асинхронды қозғалтқыштар дүние жүзіндегі электр энергиясының шамамен 40%-ын тұтынады, бұл бізді осы машиналардың қуат тұтынуын басқару өте маңызды деп ойлауға мәжбүр етеді.
Аррениус теңдеуі жұмыс температурасының әрбір 10°C жоғарылауы үшін бүкіл қозғалтқыштың қызмет ету мерзімі екі есе қысқаратынын айтады.Сондықтан машинаның сенімділігін қамтамасыз ету және өнімділігін арттыру үшін қан қысымын термиялық бақылауға назар аудару қажет.Бұрын термиялық талдау елеусіз қалды және қозғалтқыш конструкторлары жобалық тәжірибеге немесе орамдағы токтың тығыздығы сияқты басқа өлшемді айнымалыларға негізделген мәселені тек шеткі жағынан қарастырды. Бұл тәсілдер ең нашар үшін үлкен қауіпсіздік шегін қолдануға әкеледі. корпусты жылыту жағдайлары, нәтижесінде машина көлемінің ұлғаюы, демек, құнының өсуі.
Термиялық талдаудың екі түрі бар: тізбекті талдау және сандық әдістер.Аналитикалық әдістердің басты артықшылығы - есептеулерді тез және дәл орындау мүмкіндігі.Дегенмен, термиялық жолдарды имитациялау үшін жеткілікті дәлдікпен тізбектерді анықтау үшін көп күш салу қажет.Екінші жағынан, сандық әдістер шамамен есептелетін сұйықтық динамикасына (CFD) және құрылымдық жылулық талдауға (STA) бөлінеді, олардың екеуі де соңғы элементтерді талдауды (FEA) пайдаланады.Сандық талдаудың артықшылығы ол құрылғының геометриясын модельдеуге мүмкіндік береді.Дегенмен, жүйені орнату және есептеулер кейде қиын болуы мүмкін.Төменде талқыланған ғылыми мақалалар әртүрлі заманауи асинхронды қозғалтқыштардың термиялық және электромагниттік талдауының таңдалған мысалдары болып табылады.Бұл мақалалар авторларды асинхронды қозғалтқыштардағы жылу құбылыстарын және оларды салқындату әдістерін зерттеуге итермеледі.
Пил-Ван Хан1 МИ термиялық және электромагниттік талдаумен айналысты.Термиялық талдау үшін жиынтық тізбекті талдау әдісі, ал электромагниттік талдау үшін уақыт бойынша өзгеретін магниттік соңғы элементтер әдісі қолданылады.Кез келген өнеркәсіптік қолдануда термиялық артық жүктемеден қорғауды дұрыс қамтамасыз ету үшін статор орамасының температурасын сенімді түрде бағалау керек.Ахмед және т.б.2 терең термиялық және термодинамикалық ойларға негізделген жоғары ретті жылу желісінің үлгісін ұсынды.Өнеркәсіптік термиялық қорғау мақсаттары үшін термиялық модельдеу әдістерін әзірлеу аналитикалық шешімдерден және термиялық параметрлерді қарастырудан пайда әкеледі.
Nair және т.б.3 электрлік машинадағы жылу таралуын болжау үшін 39 кВт IM және 3D сандық термиялық талдаудың біріктірілген талдауын қолданды.Ying және т.б.4 3D температураны бағалау арқылы желдеткішпен салқындатылған толық жабық (TEFC) IM-ге талдау жасады.Мун және т.б.5 CFD көмегімен IM TEFC жылу ағынының қасиеттерін зерттеді.LPTN қозғалтқышының ауысу үлгісін Todd et al.6 берген.Эксперименттік температура деректері ұсынылған LPTN үлгісінен алынған есептелген температуралармен бірге пайдаланылады.Питер және т.б.7 электр қозғалтқыштарының жылулық әрекетіне әсер ететін ауа ағынын зерттеу үшін CFD қолданды.
Cabral және басқалары8 қарапайым IM жылу моделін ұсынды, онда машина температурасы цилиндрлік жылу диффузиялық теңдеуін қолдану арқылы алынған.Nategh және т.б.9 оңтайландырылған компоненттердің дәлдігін тексеру үшін CFD көмегімен өздігінен желдетілетін тартқыш қозғалтқыш жүйесін зерттеді.Осылайша, сандық және эксперименттік зерттеулер асинхронды қозғалтқыштардың термиялық талдауын модельдеу үшін пайдаланылуы мүмкін, суретті қараңыз.2.
Yinye және т.б.10 стандартты материалдардың жалпы жылу қасиеттерін және машина бөліктерінің жоғалуының жалпы көздерін пайдалану арқылы жылуды басқаруды жақсарту үшін жобаны ұсынды.Marco et al.11 CFD және LPTN үлгілерін пайдалана отырып, машина құрамдас бөліктері үшін салқындату жүйелері мен су қаптамаларын жобалау критерийлерін ұсынды.Yaohui және т.б.12 сәйкес салқындату әдісін таңдау және жобалау процесінің басында өнімділікті бағалау үшін әртүрлі нұсқаулар береді.Nell және т.б.13 мультифизикалық есеп үшін берілген мәндер диапазоны, егжей-тегжейлі деңгей және есептеу қуаты үшін біріктірілген электромагниттік-термиялық модельдеу модельдерін пайдалануды ұсынды.Жан және т.б.14 және Ким және т.б.15 3D байланысқан FEM өрісін пайдаланып ауамен салқындатылған асинхронды қозғалтқыштың температуралық таралуын зерттеді.Джоуль шығындарын табу және оларды термиялық талдау үшін пайдалану үшін 3D құйынды ток өрісін талдау арқылы кіріс деректерді есептеңіз.
Michel et al.16 кәдімгі орталықтан тепкіш салқындату желдеткіштерін модельдеу және эксперименттер арқылы әртүрлі дизайндағы осьтік желдеткіштермен салыстырды.Осы конструкциялардың бірі бірдей жұмыс температурасын сақтай отырып, қозғалтқыштың тиімділігін шағын, бірақ айтарлықтай жақсартуға қол жеткізді.
Лу және т.б.17 асинхронды қозғалтқыштың білігінде темір шығындарын бағалау үшін Боглиетти үлгісімен бірге эквивалентті магниттік тізбек әдісін қолданды.Авторлар шпиндельді қозғалтқыштың ішіндегі кез келген қимада магнит ағынының тығыздығының таралуы біркелкі деп есептейді.Олар өз әдісін соңғы элементтерді талдау және эксперименттік модельдер нәтижелерімен салыстырды.Бұл әдісті МИ экспресс талдауы үшін қолдануға болады, бірақ оның дәлдігі шектеулі.
18 сызықты асинхронды қозғалтқыштардың электромагниттік өрісін талдаудың әртүрлі әдістерін ұсынады.Олардың ішінде реактивті рельстердегі қуаттың жоғалуын бағалау әдістері және тартылыс сызықты асинхронды қозғалтқыштардың температурасының жоғарылауын болжау әдістері сипатталған.Бұл әдістер желілік асинхронды қозғалтқыштардың энергияны түрлендіру тиімділігін арттыру үшін қолданылуы мүмкін.
Забдур және т.б.19 үш өлшемді сандық әдіс арқылы салқындату күртешелерінің өнімділігін зерттеді.Салқындатқыш күрте үш фазалы IM үшін салқындатқыштың негізгі көзі ретінде суды пайдаланады, бұл сорғыға қажетті қуат пен максималды температура үшін маңызды.Rippel және т.б.20 көлденең ламинатталған салқындату деп аталатын сұйық салқындату жүйелеріне жаңа тәсілді патенттеді, онда салқындатқыш бір-біріне магниттік ламинациядағы саңылаулармен құрылған тар аймақтар арқылы көлденең ағып кетеді.Дерисзаде және т.б.21 этиленгликоль мен су қоспасын пайдалана отырып, автомобиль өнеркәсібіндегі тартқыш қозғалтқыштарды салқындатуды эксперименталды түрде зерттеді.CFD және 3D турбулентті сұйықтықты талдау арқылы әртүрлі қоспалардың өнімділігін бағалаңыз.Boopathi және т.б.22 модельдеу зерттеуі сумен салқындатылатын қозғалтқыштар үшін температура диапазоны (17-124°C) ауамен салқындатылатын қозғалтқыштарға (104-250°C) қарағанда айтарлықтай аз екенін көрсетті.Алюминий сумен салқындатылатын қозғалтқыштың максималды температурасы 50,4%, ал PA6GF30 сумен салқындатылатын қозғалтқыштың максималды температурасы 48,4% төмендейді.Безуков және т.б.23 сұйық салқындату жүйесі бар қозғалтқыш қабырғасының жылу өткізгіштігіне масштабтың пайда болуының әсерін бағалады.Зерттеулер көрсеткендей, қалыңдығы 1,5 мм оксидті пленка жылу беруді 30% төмендетеді, отын шығынын арттырады және қозғалтқыш қуатын азайтады.
Tanguy және т.б.24 салқындатқыш ретінде майлау майды қолданатын электр қозғалтқыштары үшін әртүрлі шығын жылдамдығымен, май температурасымен, айналу жылдамдығымен және айдау режимдерімен тәжірибелер жүргізді.Ағын жылдамдығы мен жалпы салқындату тиімділігі арасында берік байланыс орнатылды.Ha et al.25 май қабығын біркелкі тарату және қозғалтқышты салқындату тиімділігін арттыру үшін саңылаулар ретінде тамшылататын саптамаларды пайдалануды ұсынды.
Нанди және т.б.26 L-тәрізді жалпақ жылу құбырларының қозғалтқыш жұмысына және жылуды басқаруға әсерін талдады.Жылу құбырының буландырғыш бөлігі қозғалтқыш корпусына орнатылады немесе қозғалтқыш білігіне көміледі, ал конденсатор бөлігі айналмалы сұйықтық немесе ауа арқылы орнатылады және салқындатылады.Bellettre және т.б.27 өтпелі қозғалтқыш статоры үшін PCM қатты-сұйық салқындату жүйесін зерттеді.PCM жасырын жылу энергиясын сақтау арқылы ыстық нүкте температурасын төмендететін орама бастарын сіңдіреді.
Осылайша, қозғалтқыш өнімділігі мен температурасы әртүрлі салқындату стратегиялары арқылы бағаланады, суретті қараңыз.3. Бұл салқындату схемалары орамалардың, пластиналардың, орама бастарының, магниттердің, қаңқаның және соңғы пластинкалардың температурасын бақылауға арналған.
Сұйық салқындату жүйелері тиімді жылу алмасуымен танымал.Дегенмен, қозғалтқыштың айналасындағы салқындатқышты айдау көп энергияны жұмсайды, бұл қозғалтқыштың тиімді қуатын азайтады.Ауа салқындату жүйелері, керісінше, арзан және жаңартудың қарапайымдылығына байланысты кеңінен қолданылатын әдіс.Дегенмен, ол сұйық салқындату жүйелеріне қарағанда тиімділігі төмен.Сұйықтықпен салқындатылған жүйенің жоғары жылу беру өнімділігін қосымша энергияны жұмсамай-ақ ауамен салқындатылатын жүйенің төмен құнымен үйлестіре алатын кешенді тәсіл қажет.
Бұл мақалада АД-дегі жылу жоғалтулары тізімделген және талданған.Бұл мәселенің механизмі, сондай-ақ асинхронды қозғалтқыштарды жылыту және салқындату Салқындату стратегиялары арқылы асинхронды қозғалтқыштардағы жылу жоғалту бөлімінде түсіндіріледі.Асинхронды қозғалтқыштың ядросының жылу жоғалуы жылуға айналады.Сондықтан бұл мақалада қозғалтқыш ішіндегі жылуды өткізу механизмі және мәжбүрлі конвекция арқылы қарастырылады.Үздіксіздік теңдеулерін, Навье-Стокс/импульс теңдеулерін және энергия теңдеулерін пайдалана отырып IM термиялық модельдеу баяндалған.Зерттеушілер тек электр қозғалтқышының жылу режимін басқару мақсатында статор орамаларының температурасын бағалау үшін IM аналитикалық және сандық термиялық зерттеулерін жүргізді.Бұл мақала ауамен салқындатылатын IM термиялық талдауына және CAD модельдеу және ANSYS Fluent модельдеуін пайдалана отырып, кіріктірілген ауамен салқындатылған және сумен салқындатылған IM термиялық талдауына бағытталған.Ал ауамен салқындатылатын және сумен салқындатылатын жүйелердің біріктірілген жетілдірілген моделінің жылулық артықшылықтары терең талданған.Жоғарыда айтылғандай, мұнда келтірілген құжаттар асинхронды қозғалтқыштардың жылу құбылыстары мен салқындату саласындағы техникалық жағдайдың қысқаша мазмұны емес, бірақ олар асинхронды қозғалтқыштардың сенімді жұмысын қамтамасыз ету үшін шешуді қажет ететін көптеген мәселелерді көрсетеді. .
Жылу шығыны әдетте мыс жоғалту, темір жоғалту және үйкеліс/механикалық жоғалту болып бөлінеді.
Мыстың жоғалуы өткізгіштің меншікті кедергісіне байланысты Джоуль қыздыруының нәтижесі болып табылады және 10,28 ретінде сандық түрде есептелуі мүмкін:
мұндағы q̇g – түзілетін жылу, I және Ve – сәйкесінше номиналды ток пен кернеу, ал Re – мыс кедергісі.
Темірді жоғалту, сонымен қатар паразиттік жоғалту деп те аталады, AM-де гистерезис пен құйынды ток жоғалтуларын тудыратын жоғалтудың екінші негізгі түрі, негізінен уақыт бойынша өзгеретін магнит өрісінен туындаған.Олар кеңейтілген Штайнметц теңдеуі арқылы сандық түрде анықталады, олардың коэффициенттері жұмыс жағдайларына байланысты тұрақты немесе айнымалы деп санауға болады10,28,29.
мұндағы Khn - негізгі жоғалту диаграммасынан алынған гистерезис жоғалту коэффициенті, Кен - құйынды ток жоғалту коэффициенті, N - гармоникалық индекс, Bn және f - сәйкесінше синусоидалы емес қозудың ең жоғары ағынының тығыздығы және жиілігі.Жоғарыдағы теңдеуді келесідей ықшамдауға болады10,29:
Олардың ішінде K1 және K2 сәйкесінше негізгі жоғалту коэффициенті және құйынды ток жоғалуы (qec), гистерезис жоғалуы (qh) және артық жоғалту (qex) болып табылады.
Жел жүктемесі мен үйкеліс шығындары ИМ-дегі механикалық жоғалтулардың екі негізгі себебі болып табылады.Жел мен үйкеліс шығындары 10,
Формуладағы n – айналу жылдамдығы, Kfb – үйкеліс шығындарының коэффициенті, D – ротордың сыртқы диаметрі, l – ротордың ұзындығы, G – ротордың салмағы 10.
Қозғалтқыш ішіндегі жылу берудің негізгі механизмі өткізгіштік және ішкі қыздыру арқылы жүзеге асырылады, бұл мысалға қолданылатын Пуассон теңдеуі30 арқылы анықталады:
Жұмыс кезінде белгілі бір уақыттан кейін қозғалтқыш тұрақты күйге жеткенде, пайда болатын жылуды беттік жылу ағынының тұрақты қыздыруымен жуықтауға болады.Сондықтан қозғалтқыш ішіндегі өткізгіштік ішкі жылудың бөлінуімен жүзеге асады деп болжауға болады.
Қанаттар мен қоршаған атмосфера арасындағы жылу алмасу сыртқы күш әсерінен сұйықтық белгілі бір бағытта қозғалуға мәжбүр болған кезде мәжбүрлі конвекция деп саналады.Конвекцияны 30 түрінде көрсетуге болады:
мұндағы h - жылу беру коэффициенті (Вт/м2 К), А - беттің ауданы, ΔT - жылу тасымалдағыш беті мен бетке перпендикуляр салқындатқыш арасындағы температура айырмашылығы.Нуссельт саны (Nu) шекараға перпендикуляр конвективтік және өткізгіштік жылу берудің қатынасының өлшемі болып табылады және ламинарлы және турбулентті ағынның сипаттамалары негізінде таңдалады.Эмпирикалық әдіске сәйкес турбуленттік ағынның Нусельт саны әдетте 30 ретінде өрнектелетін Рейнольдс санымен және Прандтл санымен байланысты:
мұндағы h – конвективтік жылу беру коэффициенті (Вт/м2 К), l – сипаттамалық ұзындық, λ – сұйықтықтың жылу өткізгіштігі (Вт/м К), ал Прандтль саны (Pr) – жылу өткізгіштік коэффициентінің өлшемі. 30 ретінде анықталатын термиялық диффузияға (немесе жылу шекарасының жылдамдығы мен салыстырмалы қалыңдығына) импульстің диффузиялық коэффициенті:
мұндағы k және cp сәйкесінше сұйықтықтың жылу өткізгіштігі мен меншікті жылу сыйымдылығы.Жалпы алғанда, ауа мен су электр қозғалтқыштары үшін ең көп таралған салқындатқыштар болып табылады.Қоршаған орта температурасындағы ауа мен судың сұйық қасиеттері 1-кестеде көрсетілген.
IM термиялық модельдеу келесі болжамдарға негізделген: 3D стационарлық күй, турбулентті ағын, ауа идеалды газ, шамалы сәулелену, Ньютон сұйықтығы, сығылмайтын сұйықтық, сырғымау жағдайы және тұрақты қасиеттер.Сондықтан сұйық аймақтағы массаның, импульстің және энергияның сақталу заңдарын орындау үшін келесі теңдеулер қолданылады.
Жалпы жағдайда массаның сақталу теңдеуі мына формуламен анықталатын сұйықтықпен ұяшыққа түсетін таза массалық ағынға тең:
Ньютонның екінші заңы бойынша сұйық бөлшектің импульсінің өзгеру жылдамдығы оған әсер ететін күштердің қосындысына тең және импульстің жалпы сақталу теңдеуін векторлық түрде былай жазуға болады:
Жоғарыдағы теңдеудегі ∇p, ∇∙τij және ρg терминдері сәйкесінше қысымды, тұтқырлықты және ауырлықты білдіреді.Машиналарда салқындатқыш ретінде қолданылатын салқындату ортасы (ауа, су, май және т.б.) әдетте Ньютондық болып саналады.Мұнда көрсетілген теңдеулер ығысу кернеуі мен ығысу бағытына перпендикуляр жылдамдық градиенті (деформация жылдамдығы) арасындағы сызықтық қатынасты ғана қамтиды.Тұрақты тұтқырлық пен тұрақты ағынды ескере отырып, (12) теңдеуді 31-ге өзгертуге болады:
Термодинамиканың бірінші заңы бойынша сұйық бөлшектің энергиясының өзгеру жылдамдығы сұйық бөлшектен пайда болған таза жылу мен сұйық бөлшек түзетін таза қуат қосындысына тең.Ньютонның қысылатын тұтқыр ағыны үшін энергияның сақталу теңдеуін 31 түрінде көрсетуге болады:
мұндағы Cp – тұрақты қысымдағы жылу сыйымдылығы, ал ∇ ∙ (k∇T) термині сұйық ұяшық шекарасы арқылы жылу өткізгіштікке қатысты, мұндағы k жылу өткізгіштікті білдіреді.Механикалық энергияның жылуға айналуы \(\varnothing\) (яғни, тұтқыр диссипация функциясы) тұрғысынан қарастырылады және былай анықталады:
Мұндағы \(\rho\) - сұйықтықтың тығыздығы, \(\mu\) - сұйықтықтың тұтқырлығы, u, v және w - сәйкесінше сұйықтық жылдамдығының x, y, z бағытының потенциалы.Бұл термин механикалық энергияның жылу энергиясына айналуын сипаттайды және оны елемеуге болады, өйткені ол сұйықтықтың тұтқырлығы өте жоғары және сұйықтықтың жылдамдық градиенті өте үлкен болғанда ғана маңызды.Тұрақты ағын, тұрақты меншікті жылу және жылу өткізгіштік жағдайында энергия теңдеуі келесі түрде өзгертіледі:
Бұл негізгі теңдеулер декарттық координаталар жүйесінде ламинарлы ағын үшін шешілген.Дегенмен, көптеген басқа техникалық мәселелер сияқты, электр машиналарының жұмысы ең алдымен турбулентті ағындармен байланысты.Сондықтан бұл теңдеулер турбуленттілік модельдеуге арналған Рейнольдс Навье-Стокс (RANS) орташалау әдісін құру үшін өзгертілген.
Бұл жұмыста сәйкес шекаралық шарттармен CFD модельдеуге арналған ANSYS FLUENT 2021 бағдарламасы таңдалды, мысалы, қарастырылған модель: қуаты 100 кВт ауа салқындатқышы бар асинхронды қозғалтқыш, ротордың диаметрі 80,80 мм, диаметрі. статордың 83,56 мм (ішкі) және 190 мм (сыртқы), ауа саңылауы 1,38 мм, жалпы ұзындығы 234 мм, мөлшері , қабырғаларының қалыңдығы 3 мм..
Содан кейін SolidWorks ауамен салқындатылған қозғалтқыш үлгісі ANSYS Fluent бағдарламасына импортталады және модельденеді.Сонымен қатар, алынған нәтижелер орындалған симуляцияның дәлдігін қамтамасыз ету үшін тексеріледі.Бұған қоса, кіріктірілген ауамен және сумен салқындатылған жедел хабар алмасу SolidWorks 2017 бағдарламалық құралы арқылы модельденді және ANSYS Fluent 2021 бағдарламалық құралы арқылы модельденді (4-сурет).
Бұл модельдің дизайны мен өлшемдері Siemens 1LA9 алюминий сериясынан шабыттандырылған және SolidWorks 2017 бағдарламасында үлгіленген. Модель симуляциялық бағдарламалық құралдың қажеттіліктеріне сәйкес аздап өзгертілген.ANSYS Workbench 2021 көмегімен модельдеу кезінде қажетсіз бөліктерді алып тастау, филелерді, фаскаларды және т.б. алу арқылы CAD үлгілерін өзгертіңіз.
Дизайн инновациясы – бұл ұзындығы бірінші модельдің модельдеу нәтижелері бойынша анықталған су куртка.ANSYS жүйесінде белді пайдалану кезінде ең жақсы нәтижелерге қол жеткізу үшін су курткасының модельдеуіне кейбір өзгерістер енгізілді.IM әртүрлі бөліктері күріште көрсетілген.5a–f.
(А).Ротор өзегі және IM білігі.(b) IM статор өзегі.(c) IM статор орамасы.(d) МИ сыртқы жақтауы.(e) IM су курткасы.f) ауа мен сумен салқындатылған IM үлгілерінің комбинациясы.
Білікте орнатылған желдеткіш желбезектердің бетінде 10 м/с тұрақты ауа ағынын және 30 ° C температураны қамтамасыз етеді.Көрсеткіштің мәні әдебиетте көрсетілгеннен жоғары, осы мақалада талданған қан қысымының сыйымдылығына байланысты кездейсоқ таңдалады.Ыстық аймақ роторды, статорды, статор орамдарын және ротор торының жолақтарын қамтиды.Статор мен ротордың материалдары болат, орамдары мен тордың өзекшелері мыс, жақтауы мен қабырғалары алюминий.Бұл аймақтарда пайда болатын жылу электромагниттік құбылыстарға байланысты, мысалы, мыс катушкасынан сыртқы ток өткенде Джоульдің қызуы, сондай-ақ магнит өрісінің өзгеруі.Әртүрлі компоненттердің жылу шығару жылдамдығы 100 кВт IM үшін қол жетімді әртүрлі әдебиеттерден алынды.
Біріктірілген ауамен салқындатылатын және сумен салқындатылған АЖ жоғарыда аталған шарттардан басқа, сонымен қатар әртүрлі су ағынының жылдамдығы (5 л/мин, 10 л/мин) үшін жылу беру мүмкіндіктері мен сорғының қуат талаптары талданған су қаптамасын қамтиды. және 15 л/мин).Бұл клапан ең аз клапан ретінде таңдалды, себебі 5 л/мин төмен ағындар үшін нәтижелер айтарлықтай өзгермейді.Сонымен қатар, максималды мән ретінде 15 л/мин ағын жылдамдығы таңдалды, өйткені температураның төмендеуі жалғасуына қарамастан айдау қуаты айтарлықтай өсті.
Түрлі жедел хабар алмасу үлгілері ANSYS Fluent бағдарламасына импортталды және ANSYS Design Modeler көмегімен одан әрі өңделді.Одан әрі қозғалтқыштың айналасындағы ауаның қозғалысын талдау және атмосфераға жылуды шығаруды зерттеу үшін AD айналасында өлшемдері 0,3 × 0,3 × 0,5 м болатын қорап тәрізді корпус салынды.Ұқсас талдаулар кіріктірілген ауа және сумен салқындатылған IM үшін орындалды.
IM моделі CFD және FEM сандық әдістері арқылы модельденеді.Шешімді табу үшін доменді белгілі бір құрамдас бөліктерге бөлу үшін торлар CFD-де салынған.Қозғалтқыш бөлшектерінің жалпы күрделі геометриясы үшін тиісті элемент өлшемдері бар тетраэдрлік торлар қолданылады.Беттік жылу берудің дәл нәтижелерін алу үшін барлық интерфейстер 10 қабатпен толтырылды.Екі MI моделінің тор геометриясы күріште көрсетілген.6а, б.
Энергия теңдеуі қозғалтқыштың әртүрлі аймақтарындағы жылу алмасуды зерттеуге мүмкіндік береді.Стандартты қабырға функциялары бар K-epsilon турбуленттілік үлгісі сыртқы беттің айналасындағы турбуленттілік моделі үшін таңдалды.Модель кинетикалық энергияны (Ek) және турбуленттік диссипацияны (эпсилон) ескереді.Мыс, алюминий, болат, ауа және су тиісті қолданбаларда пайдалану үшін стандартты қасиеттері бойынша таңдалды.Жылу бөлу жылдамдығы (2-кестені қараңыз) кірістер ретінде берілген және батарея аймағының әртүрлі жағдайлары 15, 17, 28, 32 болып орнатылған. Мотор корпусындағы ауа жылдамдығы екі мотор үлгісі үшін де 10 м/с етіп орнатылған. Сонымен қатар, су қапшығы үшін үш түрлі су мөлшері ескерілді (5 л/мин, 10 л/мин және 15 л/мин).Үлкенірек дәлдік үшін барлық теңдеулер үшін қалдықтар 1 × 10–6 тең деп орнатылды.Navier Prime (NS) теңдеулерін шешу үшін ҚАРАПАЙЫМ (Қысым теңдеулері үшін жартылай жасырын әдіс) алгоритмін таңдаңыз.Гибридті баптандыру аяқталғаннан кейін орнату 7-суретте көрсетілгендей 500 итерацияны орындайды.
Жіберу уақыты: 24 шілде 2023 ж