Cảm ơn bạn đã ghé thăm Nature.com.Bạn đang sử dụng phiên bản trình duyệt có hỗ trợ CSS hạn chế.Để có trải nghiệm tốt nhất, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng trình duyệt cập nhật (hoặc tắt Chế độ tương thích trong Internet Explorer).Trong thời gian chờ đợi, để đảm bảo hỗ trợ liên tục, chúng tôi sẽ hiển thị trang web không có kiểu và JavaScript.
Do chi phí vận hành và tuổi thọ của động cơ, chiến lược quản lý nhiệt động cơ thích hợp là vô cùng quan trọng.Bài viết này đã phát triển một chiến lược quản lý nhiệt cho động cơ cảm ứng để mang lại độ bền tốt hơn và nâng cao hiệu quả.Ngoài ra, một đánh giá sâu rộng về các tài liệu về phương pháp làm mát động cơ đã được thực hiện.Kết quả chính là tính toán nhiệt của động cơ không đồng bộ làm mát bằng không khí công suất cao được đưa ra, có tính đến vấn đề phân phối nhiệt nổi tiếng.Ngoài ra, nghiên cứu này đề xuất một phương pháp tích hợp với hai hoặc nhiều chiến lược làm mát để đáp ứng nhu cầu hiện tại.Một nghiên cứu số về mô hình động cơ không đồng bộ làm mát bằng không khí 100 kW và mô hình quản lý nhiệt cải tiến của cùng một động cơ, trong đó hiệu suất động cơ tăng đáng kể nhờ sự kết hợp giữa làm mát bằng không khí và hệ thống làm mát bằng nước tích hợp, đã được thực hiện. đã tiến hành.Một hệ thống làm mát bằng nước và làm mát bằng không khí tích hợp đã được nghiên cứu bằng phiên bản SolidWorks 2017 và ANSYS Fluent 2021.Ba lưu lượng nước khác nhau (5 L/phút, 10 L/phút và 15 L/phút) đã được phân tích dựa trên các động cơ cảm ứng làm mát bằng không khí thông thường và được xác minh bằng cách sử dụng các tài nguyên đã công bố.Phân tích cho thấy rằng đối với các tốc độ dòng chảy khác nhau (lần lượt là 5 L/phút, 10 L/phút và 15 L/phút), chúng tôi đã thu được mức giảm nhiệt độ tương ứng là 2,94%, 4,79% và 7,69%.Do đó, kết quả cho thấy động cơ cảm ứng nhúng có thể giảm nhiệt độ hiệu quả so với động cơ cảm ứng làm mát bằng không khí.
Động cơ điện là một trong những phát minh quan trọng của khoa học kỹ thuật hiện đại.Động cơ điện được sử dụng trong mọi thứ, từ thiết bị gia dụng đến xe cộ, bao gồm cả ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ.Trong những năm gần đây, sự phổ biến của động cơ cảm ứng (AM) đã tăng lên do mô-men xoắn khởi động cao, kiểm soát tốc độ tốt và khả năng quá tải vừa phải (Hình 1).Động cơ cảm ứng không chỉ làm cho bóng đèn của bạn phát sáng mà còn cung cấp năng lượng cho hầu hết các thiết bị trong nhà bạn, từ bàn chải đánh răng cho đến chiếc Tesla của bạn.Năng lượng cơ học trong IM được tạo ra bởi sự tiếp xúc của từ trường của cuộn dây stato và rôto.Ngoài ra, IM là một lựa chọn khả thi do nguồn cung kim loại đất hiếm hạn chế.Tuy nhiên, nhược điểm chính của AD là tuổi thọ và hiệu quả của chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ.Động cơ cảm ứng tiêu thụ khoảng 40% điện năng của thế giới, điều này khiến chúng ta nghĩ rằng việc quản lý mức tiêu thụ điện năng của các máy này là rất quan trọng.
Phương trình Arrhenius phát biểu rằng cứ mỗi 10°C nhiệt độ vận hành tăng lên, tuổi thọ của toàn bộ động cơ sẽ giảm đi một nửa.Vì vậy, để đảm bảo độ tin cậy và tăng năng suất của máy, cần quan tâm đến việc kiểm soát huyết áp nhiệt.Trước đây, phân tích nhiệt đã bị bỏ qua và các nhà thiết kế động cơ chỉ xem xét vấn đề ở phần ngoại vi, dựa trên kinh nghiệm thiết kế hoặc các biến chiều khác như mật độ dòng điện cuộn dây, v.v. Những cách tiếp cận này dẫn đến việc áp dụng các giới hạn an toàn lớn cho trường hợp xấu nhất điều kiện làm nóng thùng máy, dẫn đến tăng kích thước máy và do đó tăng chi phí.
Có hai loại phân tích nhiệt: phân tích mạch gộp và phương pháp số.Ưu điểm chính của phương pháp phân tích là khả năng thực hiện tính toán nhanh chóng và chính xác.Tuy nhiên, nỗ lực đáng kể phải được thực hiện để xác định các mạch có đủ độ chính xác để mô phỏng các đường dẫn nhiệt.Mặt khác, các phương pháp số được chia đại khái thành động lực học chất lỏng tính toán (CFD) và phân tích nhiệt cấu trúc (STA), cả hai đều sử dụng phân tích phần tử hữu hạn (FEA).Ưu điểm của phân tích số là nó cho phép bạn lập mô hình hình học của thiết bị.Tuy nhiên, việc thiết lập và tính toán hệ thống đôi khi có thể khó khăn.Các bài báo khoa học được thảo luận dưới đây là những ví dụ được lựa chọn về phân tích nhiệt và điện từ của các động cơ cảm ứng hiện đại khác nhau.Những bài báo này đã thôi thúc các tác giả nghiên cứu các hiện tượng nhiệt trong động cơ không đồng bộ và các phương pháp làm mát chúng.
Pil-Wan Han1 đã tham gia phân tích nhiệt và điện từ của MI.Phương pháp phân tích mạch gộp được sử dụng để phân tích nhiệt và phương pháp phần tử hữu hạn từ tính thay đổi theo thời gian được sử dụng để phân tích điện từ.Để cung cấp bảo vệ quá tải nhiệt đúng cách trong bất kỳ ứng dụng công nghiệp nào, nhiệt độ của cuộn dây stato phải được ước tính một cách đáng tin cậy.Ahmed et al.2 đã đề xuất một mô hình mạng nhiệt bậc cao hơn dựa trên những cân nhắc sâu về nhiệt và nhiệt động lực học.Sự phát triển của các phương pháp mô hình hóa nhiệt cho mục đích bảo vệ nhiệt công nghiệp được hưởng lợi từ các giải pháp phân tích và xem xét các thông số nhiệt.
Nair et al.3 đã sử dụng phân tích kết hợp IM 39 kW và phân tích nhiệt số 3D để dự đoán sự phân bố nhiệt trong máy điện.Ying et al.4 đã phân tích các IM được làm mát hoàn toàn bằng quạt (TEFC) với ước tính nhiệt độ 3D.Mặt trăng và cộng sự.5 đã nghiên cứu các đặc tính dòng nhiệt của IM TEFC sử dụng CFD.Mô hình chuyển tiếp động cơ LPTN được đưa ra bởi Todd et al.6.Dữ liệu nhiệt độ thực nghiệm được sử dụng cùng với nhiệt độ tính toán bắt nguồn từ mô hình LPTN đề xuất.Peter et al.7 đã sử dụng CFD để nghiên cứu luồng không khí ảnh hưởng đến đặc tính nhiệt của động cơ điện.
Cabral et al8 đã đề xuất một mô hình nhiệt IM đơn giản trong đó nhiệt độ máy thu được bằng cách áp dụng phương trình khuếch tán nhiệt xi lanh.Nategh et al.9 đã nghiên cứu một hệ thống động cơ kéo tự thông gió bằng CFD để kiểm tra độ chính xác của các bộ phận được tối ưu hóa.Do đó, các nghiên cứu số và thực nghiệm có thể được sử dụng để mô phỏng phân tích nhiệt của động cơ cảm ứng, xem hình.2.
Yinye et al.10 đã đề xuất một thiết kế để cải thiện khả năng quản lý nhiệt bằng cách khai thác các đặc tính nhiệt chung của vật liệu tiêu chuẩn và các nguồn tổn thất bộ phận máy phổ biến.Marco et al.11 trình bày tiêu chí thiết kế hệ thống làm mát và áo nước cho các bộ phận máy sử dụng mô hình CFD và LPTN.Yaohui et al.12 cung cấp nhiều hướng dẫn khác nhau để lựa chọn phương pháp làm mát thích hợp và đánh giá hiệu suất sớm trong quá trình thiết kế.Nell et al.13 đã đề xuất sử dụng các mô hình để mô phỏng nhiệt điện từ kết hợp cho một phạm vi giá trị, mức độ chi tiết và khả năng tính toán nhất định cho một vấn đề đa môi trường.Jean et al.14 và Kim et al.15 đã nghiên cứu sự phân bố nhiệt độ của động cơ cảm ứng làm mát bằng không khí sử dụng trường FEM kết hợp 3D.Tính toán dữ liệu đầu vào bằng cách sử dụng phân tích trường dòng xoáy 3D để tìm tổn thất Joule và sử dụng chúng để phân tích nhiệt.
Michel et al.16 đã so sánh quạt làm mát ly tâm thông thường với quạt hướng trục có nhiều kiểu dáng khác nhau thông qua mô phỏng và thử nghiệm.Một trong những thiết kế này đã đạt được những cải tiến nhỏ nhưng đáng kể về hiệu suất động cơ trong khi vẫn duy trì nhiệt độ vận hành như cũ.
Lu et al.17 đã sử dụng phương pháp mạch từ tương đương kết hợp với mô hình Boglietti để ước tính tổn thất sắt trên trục của động cơ cảm ứng.Các tác giả giả định rằng sự phân bố mật độ từ thông trong bất kỳ mặt cắt ngang nào bên trong động cơ trục chính là đồng nhất.Họ so sánh phương pháp của họ với kết quả phân tích phần tử hữu hạn và các mô hình thực nghiệm.Phương pháp này có thể được sử dụng để phân tích nhanh MI, nhưng độ chính xác của nó bị hạn chế.
18 trình bày các phương pháp khác nhau để phân tích trường điện từ của động cơ cảm ứng tuyến tính.Trong số đó, các phương pháp ước tính tổn thất điện năng trong đường ray phản ứng và phương pháp dự đoán sự tăng nhiệt độ của động cơ cảm ứng tuyến tính lực kéo được mô tả.Những phương pháp này có thể được sử dụng để cải thiện hiệu quả chuyển đổi năng lượng của động cơ cảm ứng tuyến tính.
Zabdur và cộng sự.19 đã điều tra hiệu suất của áo khoác làm mát bằng phương pháp số ba chiều.Vỏ làm mát sử dụng nước làm nguồn chất làm mát chính cho IM ba pha, điều này rất quan trọng đối với công suất và nhiệt độ tối đa cần thiết để bơm.Rippel và cộng sự.20 đã được cấp bằng sáng chế cho một cách tiếp cận mới đối với các hệ thống làm mát bằng chất lỏng được gọi là làm mát nhiều lớp ngang, trong đó chất làm lạnh chảy ngang qua các vùng hẹp được hình thành bởi các lỗ trên mỗi lớp từ tính khác.Deriszade et al.21 đã nghiên cứu thực nghiệm quá trình làm mát động cơ kéo trong ngành công nghiệp ô tô bằng cách sử dụng hỗn hợp ethylene glycol và nước.Đánh giá hiệu suất của các hỗn hợp khác nhau với CFD và phân tích chất lỏng hỗn loạn 3D.Một nghiên cứu mô phỏng của Boopathi và cộng sự22 cho thấy phạm vi nhiệt độ dành cho động cơ làm mát bằng nước (17-124°C) nhỏ hơn đáng kể so với động cơ làm mát bằng không khí (104-250°C).Nhiệt độ tối đa của động cơ làm mát bằng nước bằng nhôm giảm 50,4% và nhiệt độ tối đa của động cơ làm mát bằng nước PA6GF30 giảm 48,4%.Bezukov et al.23 đã đánh giá ảnh hưởng của việc hình thành cáu cặn đến khả năng dẫn nhiệt của thành động cơ với hệ thống làm mát bằng chất lỏng.Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng lớp màng oxit dày 1,5 mm làm giảm 30% khả năng truyền nhiệt, tăng mức tiêu thụ nhiên liệu và giảm công suất động cơ.
Tanguy et al.24 đã tiến hành thí nghiệm với nhiều tốc độ dòng chảy, nhiệt độ dầu, tốc độ quay và chế độ phun cho động cơ điện sử dụng dầu bôi trơn làm chất làm mát.Một mối quan hệ chặt chẽ đã được thiết lập giữa tốc độ dòng chảy và hiệu quả làm mát tổng thể.Ha et al.25 đề xuất sử dụng vòi phun nhỏ giọt làm vòi phun để phân bổ đều màng dầu và tối đa hóa hiệu quả làm mát động cơ.
Nandi et al.26 đã phân tích ảnh hưởng của ống dẫn nhiệt phẳng hình chữ L đối với hiệu suất động cơ và quản lý nhiệt.Bộ phận thiết bị bay hơi ống dẫn nhiệt được lắp đặt trong vỏ động cơ hoặc chôn trong trục động cơ, và bộ phận ngưng tụ được lắp đặt và làm mát bằng chất lỏng hoặc không khí tuần hoàn.Bellette và cộng sự.27 đã nghiên cứu hệ thống làm mát chất lỏng rắn PCM cho stato động cơ tạm thời.PCM tẩm các đầu cuộn dây, giảm nhiệt độ điểm nóng bằng cách tích trữ năng lượng nhiệt tiềm ẩn.
Do đó, hiệu suất và nhiệt độ của động cơ được đánh giá bằng cách sử dụng các chiến lược làm mát khác nhau, xem hình.3. Các mạch làm mát này được thiết kế để kiểm soát nhiệt độ của cuộn dây, tấm, đầu cuộn, nam châm, thân thịt và tấm cuối.
Hệ thống làm mát bằng chất lỏng được biết đến với khả năng truyền nhiệt hiệu quả.Tuy nhiên, việc bơm chất làm mát xung quanh động cơ tiêu tốn rất nhiều năng lượng, làm giảm công suất hiệu dụng của động cơ.Mặt khác, hệ thống làm mát bằng không khí là một phương pháp được sử dụng rộng rãi do chi phí thấp và dễ nâng cấp.Tuy nhiên, nó vẫn kém hiệu quả hơn so với hệ thống làm mát bằng chất lỏng.Một cách tiếp cận tích hợp là cần thiết để có thể kết hợp hiệu suất truyền nhiệt cao của hệ thống làm mát bằng chất lỏng với chi phí thấp của hệ thống làm mát bằng không khí mà không tiêu tốn thêm năng lượng.
Bài viết này liệt kê và phân tích tổn thất nhiệt trong AD.Cơ chế của vấn đề này, cũng như quá trình làm nóng và làm mát động cơ cảm ứng, được giải thích trong phần Mất nhiệt trong Động cơ cảm ứng thông qua Chiến lược làm mát.Sự mất nhiệt của lõi của động cơ cảm ứng được chuyển thành nhiệt.Vì vậy, bài viết này đề cập đến cơ chế truyền nhiệt bên trong động cơ bằng dẫn nhiệt và đối lưu cưỡng bức.Mô hình nhiệt của IM sử dụng phương trình liên tục, phương trình Navier-Stokes/động lượng và phương trình năng lượng được báo cáo.Các nhà nghiên cứu đã thực hiện các nghiên cứu nhiệt số và phân tích của IM để ước tính nhiệt độ của cuộn dây stato với mục đích duy nhất là kiểm soát chế độ nhiệt của động cơ điện.Bài viết này tập trung vào phân tích nhiệt của IM làm mát bằng không khí và phân tích nhiệt của IM tích hợp làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước bằng cách sử dụng mô hình CAD và mô phỏng ANSYS Fluent.Và những lợi thế về nhiệt của mô hình cải tiến tích hợp của hệ thống làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước được phân tích sâu sắc.Như đã đề cập ở trên, các tài liệu được liệt kê ở đây không phải là bản tóm tắt về trình độ kỹ thuật trong lĩnh vực hiện tượng nhiệt và làm mát động cơ cảm ứng, nhưng chúng chỉ ra nhiều vấn đề cần được giải quyết để đảm bảo hoạt động đáng tin cậy của động cơ cảm ứng .
Tổn thất nhiệt thường được chia thành tổn thất đồng, tổn thất sắt và tổn thất do ma sát/cơ khí.
Tổn thất đồng là kết quả của sự gia nhiệt Joule do điện trở suất của dây dẫn và có thể được định lượng là 10,28:
trong đó q̇g là nhiệt sinh ra, I và Ve lần lượt là dòng điện và điện áp danh định, và Re là điện trở của đồng.
Tổn thất sắt, còn được gọi là tổn thất ký sinh, là loại tổn thất chính thứ hai gây ra hiện tượng trễ và tổn thất dòng xoáy trong AM, chủ yếu do từ trường biến đổi theo thời gian gây ra.Chúng được định lượng bằng phương trình Steinmetz mở rộng, có thể coi các hệ số của nó là hằng số hoặc thay đổi tùy thuộc vào điều kiện vận hành10,28,29.
Trong đó Khn là hệ số tổn thất trễ xuất phát từ sơ đồ tổn thất lõi, Ken là hệ số tổn thất dòng điện xoáy, N là chỉ số sóng hài, Bn và f lần lượt là mật độ từ thông cực đại và tần số của kích thích không hình sin.Phương trình trên có thể được đơn giản hóa hơn nữa như sau10,29:
Trong số đó, K1 và K2 lần lượt là hệ số tổn thất lõi và tổn thất dòng xoáy (qec), tổn thất trễ (qh) và tổn thất quá mức (qex).
Tải trọng gió và tổn thất do ma sát là hai nguyên nhân chính gây ra tổn thất cơ học trong IM.Tổn thất do gió và ma sát là 10,
Trong công thức, n là tốc độ quay, Kfb là hệ số tổn thất ma sát, D là đường kính ngoài của rôto, l là chiều dài của rôto, G là trọng lượng của rôto 10.
Cơ chế truyền nhiệt chính trong động cơ là thông qua dẫn nhiệt và đốt nóng bên trong, như được xác định bởi phương trình Poisson30 được áp dụng cho ví dụ này:
Trong quá trình vận hành, sau một thời điểm nhất định khi động cơ đạt đến trạng thái ổn định, nhiệt sinh ra có thể được tính gần đúng bằng sự đốt nóng liên tục của dòng nhiệt bề mặt.Do đó, có thể giả định rằng sự dẫn nhiệt bên trong động cơ được thực hiện với sự giải phóng nhiệt bên trong.
Sự truyền nhiệt giữa các cánh tản nhiệt và môi trường xung quanh được coi là sự đối lưu cưỡng bức, khi chất lỏng buộc phải di chuyển theo một hướng nhất định bởi một ngoại lực.Đối lưu có thể được biểu thị bằng 30:
trong đó h là hệ số truyền nhiệt (W/m2 K), A là diện tích bề mặt và ΔT là chênh lệch nhiệt độ giữa bề mặt truyền nhiệt và chất làm lạnh vuông góc với bề mặt.Số Nusselt (Nu) là đại lượng đo tỷ số truyền nhiệt đối lưu và dẫn nhiệt vuông góc với biên và được chọn dựa trên đặc điểm của dòng chảy tầng và dòng chảy rối.Theo phương pháp thực nghiệm, số Nusselt của dòng chảy rối thường gắn liền với số Reynolds và số Prandtl, được biểu thị bằng 30:
trong đó h là hệ số truyền nhiệt đối lưu (W/m2 K), l là chiều dài đặc trưng, λ là độ dẫn nhiệt của chất lỏng (W/m K) và số Prandtl (Pr) là thước đo tỷ lệ của hệ số khuếch tán động lượng đến hệ số khuếch tán nhiệt (hoặc vận tốc và độ dày tương đối của lớp ranh giới nhiệt), được định nghĩa là 30:
trong đó k và cp lần lượt là hệ số dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng của chất lỏng.Nói chung, không khí và nước là chất làm mát phổ biến nhất cho động cơ điện.Các tính chất lỏng của không khí và nước ở nhiệt độ môi trường được thể hiện trong Bảng 1.
Mô hình nhiệt IM dựa trên các giả định sau: trạng thái ổn định 3D, dòng chảy rối, không khí là khí lý tưởng, bức xạ không đáng kể, chất lỏng Newton, chất lỏng không nén được, điều kiện không trượt và các đặc tính không đổi.Do đó, các phương trình sau đây được sử dụng để đáp ứng các định luật bảo toàn khối lượng, động lượng và năng lượng trong vùng chất lỏng.
Trong trường hợp chung, phương trình bảo toàn khối lượng bằng với lưu lượng khối lượng thực vào tế bào bằng chất lỏng, được xác định theo công thức:
Theo định luật thứ hai của Newton, tốc độ thay đổi động lượng của một hạt chất lỏng bằng tổng các lực tác dụng lên nó và phương trình bảo toàn động lượng chung có thể được viết dưới dạng vectơ là:
Các số hạng ∇p, ∇∙τij và ρg trong phương trình trên lần lượt biểu thị áp suất, độ nhớt và trọng lực.Phương tiện làm mát (không khí, nước, dầu, v.v.) được sử dụng làm chất làm mát trong máy thường được coi là Newton.Các phương trình hiển thị ở đây chỉ bao gồm mối quan hệ tuyến tính giữa ứng suất cắt và gradien vận tốc (tốc độ biến dạng) vuông góc với hướng cắt.Xem xét độ nhớt không đổi và dòng chảy ổn định, phương trình (12) có thể được thay đổi thành 31:
Theo định luật thứ nhất của nhiệt động lực học, tốc độ thay đổi năng lượng của một hạt chất lỏng bằng tổng nhiệt lượng thực do hạt chất lỏng sinh ra và công suất thực do hạt chất lỏng sinh ra.Đối với dòng chảy nhớt nén Newton, phương trình bảo toàn năng lượng có thể được biểu diễn như31:
trong đó Cp là công suất nhiệt ở áp suất không đổi và thuật ngữ ∇ ∙ (k∇T) liên quan đến độ dẫn nhiệt qua ranh giới tế bào chất lỏng, trong đó k biểu thị độ dẫn nhiệt.Việc chuyển đổi năng lượng cơ học thành nhiệt được xem xét theo \(\varnothing\) (nghĩa là hàm tiêu tán nhớt) và được định nghĩa là:
Trong đó \(\rho\) là khối lượng riêng của chất lỏng, \(\mu\) là độ nhớt của chất lỏng, u, v và w lần lượt là thế năng của hướng x, y, z của vận tốc chất lỏng.Thuật ngữ này mô tả sự chuyển hóa cơ năng thành nhiệt năng và có thể bỏ qua vì nó chỉ quan trọng khi độ nhớt của chất lỏng rất cao và gradien vận tốc của chất lỏng rất lớn.Trong trường hợp dòng chảy ổn định, nhiệt dung riêng không đổi và độ dẫn nhiệt, phương trình năng lượng được biến đổi như sau:
Các phương trình cơ bản này được giải cho dòng chảy tầng trong hệ tọa độ Descartes.Tuy nhiên, giống như nhiều sự cố kỹ thuật khác, hoạt động của máy điện chủ yếu liên quan đến dòng chảy rối.Do đó, các phương trình này được sửa đổi để tạo thành phương pháp trung bình Reynolds Navier-Stokes (RANS) cho mô hình nhiễu loạn.
Trong công việc này, chương trình ANSYS FLUENT 2021 cho mô hình CFD với các điều kiện biên tương ứng đã được chọn, chẳng hạn như mô hình được xem xét: động cơ không đồng bộ làm mát bằng không khí có công suất 100 kW, đường kính rôto 80,80 mm, đường kính của stato 83,56 mm (bên trong) và 190 mm (bên ngoài), khe hở không khí 1,38 mm, tổng chiều dài 234 mm, số lượng , độ dày của gân 3 mm..
Sau đó, mô hình động cơ làm mát bằng không khí của SolidWorks được nhập vào ANSYS Fluent và được mô phỏng.Ngoài ra, các kết quả thu được được kiểm tra để đảm bảo tính chính xác của mô phỏng được thực hiện.Ngoài ra, một IM tích hợp làm mát bằng không khí và nước đã được lập mô hình bằng phần mềm SolidWorks 2017 và được mô phỏng bằng phần mềm ANSYS Fluent 2021 (Hình 4).
Thiết kế và kích thước của mô hình này được lấy cảm hứng từ dòng nhôm Siemens 1LA9 và được mô hình hóa trong SolidWorks 2017. Mô hình đã được sửa đổi một chút để phù hợp với nhu cầu của phần mềm mô phỏng.Sửa đổi các mô hình CAD bằng cách loại bỏ các phần không mong muốn, loại bỏ các góc lượn, vát, v.v. khi lập mô hình với ANSYS Workbench 2021.
Một cải tiến thiết kế là áo khoác nước, chiều dài của nó được xác định từ kết quả mô phỏng của mẫu đầu tiên.Một số thay đổi đã được thực hiện đối với mô phỏng áo nước để có kết quả tốt nhất khi sử dụng thắt lưng trong ANSYS.Các phần khác nhau của IM được hiển thị trong hình.5a–f.
(MỘT).Lõi rôto và trục IM.(b) Lõi stato IM.(c) IM cuộn dây stato.( d ) Khung bên ngoài của MI.(e) Áo nước IM.f) sự kết hợp của các mô hình IM làm mát bằng không khí và nước.
Quạt gắn trên trục cung cấp luồng không khí ổn định 10 m/s và nhiệt độ 30 °C trên bề mặt của các cánh tản nhiệt.Giá trị của tỷ lệ được chọn ngẫu nhiên tùy thuộc vào khả năng của huyết áp được phân tích trong bài viết này, lớn hơn giá trị được chỉ ra trong tài liệu.Vùng nóng bao gồm rôto, stato, dây quấn stato và các thanh lồng rôto.Vật liệu của stato và rôto là thép, cuộn dây và thanh lồng là đồng, khung và sườn là nhôm.Nhiệt sinh ra ở những khu vực này là do hiện tượng điện từ, chẳng hạn như sự nóng lên của Joule khi dòng điện bên ngoài chạy qua cuộn dây đồng, cũng như những thay đổi trong từ trường.Tốc độ giải phóng nhiệt của các thành phần khác nhau được lấy từ nhiều tài liệu khác nhau có sẵn cho IM 100 kW.
Các IM tích hợp làm mát bằng không khí và làm mát bằng nước, ngoài các điều kiện trên, còn bao gồm áo khoác nước, trong đó khả năng truyền nhiệt và các yêu cầu về công suất bơm được phân tích cho các tốc độ dòng nước khác nhau (5 l/phút, 10 l/phút và 15 l/phút).Van này được chọn là van tối thiểu vì kết quả không thay đổi đáng kể đối với lưu lượng dưới 5 L/phút.Ngoài ra, tốc độ dòng chảy 15 L/phút được chọn làm giá trị tối đa, do công suất bơm tăng lên đáng kể mặc dù nhiệt độ tiếp tục giảm.
Các mô hình IM khác nhau đã được nhập vào ANSYS Fluent và được chỉnh sửa thêm bằng ANSYS Design Modeler.Hơn nữa, một vỏ bọc hình hộp có kích thước 0,3 × 0,3 × 0,5 m đã được chế tạo xung quanh AD để phân tích chuyển động của không khí xung quanh động cơ và nghiên cứu quá trình loại bỏ nhiệt vào khí quyển.Các phân tích tương tự đã được thực hiện cho các IM tích hợp làm mát bằng không khí và nước.
Mô hình IM được mô hình hóa bằng phương pháp số CFD và FEM.Các mắt lưới được xây dựng trong CFD để chia miền thành một số thành phần nhất định nhằm tìm ra giải pháp.Các mắt lưới tứ diện với các kích thước phần tử thích hợp được sử dụng cho hình dạng phức tạp chung của các bộ phận động cơ.Tất cả các giao diện được lấp đầy bằng 10 lớp để thu được kết quả truyền nhiệt bề mặt chính xác.Hình dạng lưới của hai mô hình MI được hiển thị trong Hình .6a, b.
Phương trình năng lượng cho phép bạn nghiên cứu sự truyền nhiệt ở các khu vực khác nhau của động cơ.Mô hình nhiễu loạn K-epsilon với các chức năng tường tiêu chuẩn đã được chọn để mô hình hóa nhiễu loạn xung quanh bề mặt bên ngoài.Mô hình tính đến động năng (Ek) và tiêu tán rối (epsilon).Đồng, nhôm, thép, không khí và nước được lựa chọn dựa trên các đặc tính tiêu chuẩn của chúng để sử dụng trong các ứng dụng tương ứng.Tốc độ tản nhiệt (xem Bảng 2) được cung cấp làm đầu vào và các điều kiện vùng pin khác nhau được đặt thành 15, 17, 28, 32. Tốc độ không khí trên vỏ động cơ được đặt thành 10 m/s cho cả hai kiểu động cơ và trong Ngoài ra, ba tốc độ nước khác nhau đã được tính đến cho áo nước (5 l/phút, 10 l/phút và 15 l/phút).Để có độ chính xác cao hơn, phần dư cho tất cả các phương trình được đặt bằng 1 × 10–6.Chọn thuật toán ĐƠN GIẢN (Phương pháp bán ẩn cho phương trình áp suất) để giải phương trình Navier Prime (NS).Sau khi quá trình khởi tạo kết hợp hoàn tất, quá trình thiết lập sẽ chạy 500 lần lặp, như thể hiện trong Hình 7.
Thời gian đăng bài: 24-07-2023