एक एयर-कूल्ड प्रणाली र एक एकीकृत वाटर-कूलिंग प्रणाली संयोजन गरेर इन्डक्शन मोटरहरूको थर्मल व्यवस्थापन विश्लेषण

Nature.com भ्रमण गर्नुभएकोमा धन्यवाद।तपाईं सीमित CSS समर्थनको साथ ब्राउजर संस्करण प्रयोग गर्दै हुनुहुन्छ।उत्तम अनुभवको लागि, हामी तपाईंलाई अपडेट गरिएको ब्राउजर प्रयोग गर्न सिफारिस गर्छौं (वा इन्टरनेट एक्सप्लोररमा अनुकूलता मोड असक्षम गर्नुहोस्)।यस बीचमा, निरन्तर समर्थन सुनिश्चित गर्न, हामी शैलीहरू र जाभास्क्रिप्ट बिना साइट देखाउँदैछौं।
इन्जिनको सञ्चालन लागत र दीर्घायुको कारणले गर्दा, एक उचित इन्जिन थर्मल व्यवस्थापन रणनीति अत्यन्त महत्त्वपूर्ण छ।यस लेखले राम्रो स्थायित्व प्रदान गर्न र दक्षता सुधार गर्न इन्डक्शन मोटरहरूको लागि थर्मल व्यवस्थापन रणनीति विकसित गरेको छ।थप रूपमा, इन्जिन कूलिंग विधिहरूमा साहित्यको विस्तृत समीक्षा प्रदर्शन गरिएको थियो।मुख्य परिणामको रूपमा, ताप वितरणको ज्ञात समस्यालाई ध्यानमा राख्दै, उच्च-शक्ति एयर-कूल्ड एसिन्क्रोनस मोटरको थर्मल गणना दिइएको छ।थप रूपमा, यस अध्ययनले वर्तमान आवश्यकताहरू पूरा गर्न दुई वा बढी शीतलन रणनीतिहरूको साथ एक एकीकृत दृष्टिकोण प्रस्ताव गर्दछ।१०० किलोवाटको एयर-कूल्ड एसिंक्रोनस मोटरको मोडेल र एउटै मोटरको सुधारिएको थर्मल व्यवस्थापन मोडेलको संख्यात्मक अध्ययन, जहाँ एयर कूलिङ र एकीकृत पानी कूलिङ प्रणालीको संयोजनबाट मोटर दक्षतामा उल्लेखनीय वृद्धि हासिल गरिएको छ। सञ्चालन गरिएको।SolidWorks 2017 र ANSYS Fluent 2021 संस्करणहरू प्रयोग गरेर एक एकीकृत एयर-कूल्ड र वाटर-कूल्ड प्रणालीको अध्ययन गरिएको थियो।तीन फरक पानी प्रवाहहरू (5 L/min, 10 L/min, र 15 L/min) परम्परागत एयर-कूल्ड इन्डक्सन मोटरहरू विरुद्ध विश्लेषण गरियो र उपलब्ध प्रकाशित स्रोतहरू प्रयोग गरेर प्रमाणित गरियो।विश्लेषणले देखाउँछ कि विभिन्न प्रवाह दरहरू (क्रमशः 5 L/min, 10 L/min र 15 L/min) हामीले 2.94%, 4.79% र 7.69% को अनुरूप तापक्रम घटाइ प्राप्त गर्यौं।तसर्थ, परिणामहरूले देखाउँदछ कि एम्बेडेड इन्डक्शन मोटरले एयर-कूल्ड इन्डक्शन मोटरको तुलनामा प्रभावकारी रूपमा तापमान कम गर्न सक्छ।
विद्युतीय मोटर आधुनिक इन्जिनियरिङ विज्ञानको प्रमुख आविष्कारहरू मध्ये एक हो।अटोमोटिभ र एयरोस्पेस उद्योगहरू सहित घरायसी उपकरणदेखि सवारी साधनहरूमा इलेक्ट्रिक मोटरहरू प्रयोग गरिन्छ।हालका वर्षहरूमा, इन्डक्सन मोटरहरू (AM) को लोकप्रियता तिनीहरूको उच्च सुरु हुने टोक़, राम्रो गति नियन्त्रण र मध्यम ओभरलोड क्षमता (चित्र 1) को कारणले बढेको छ।इन्डक्सन मोटरहरूले तपाईंको लाइट बल्बहरू मात्र चमक बनाउँदैनन्, तिनीहरूले तपाईंको घरका अधिकांश ग्याजेटहरू, तपाईंको टूथब्रशदेखि तपाईंको टेस्लासम्म शक्ति दिन्छ।IM मा मेकानिकल ऊर्जा स्टेटर र रोटर windings को चुम्बकीय क्षेत्र को सम्पर्क द्वारा बनाईएको छ।थप रूपमा, दुर्लभ पृथ्वी धातुहरूको सीमित आपूर्तिको कारण IM एक व्यवहार्य विकल्प हो।यद्यपि, ADs को मुख्य हानि यो हो कि तिनीहरूको जीवनकाल र दक्षता तापमानमा धेरै संवेदनशील हुन्छ।इन्डक्सन मोटरहरूले संसारको लगभग 40% बिजुली खपत गर्दछ, जसले हामीलाई यी मेसिनहरूको बिजुली खपत व्यवस्थापन गर्न महत्त्वपूर्ण छ भनेर सोच्न नेतृत्व गर्नुपर्छ।
Arrhenius समीकरणले बताउँछ कि सञ्चालन तापमानमा प्रत्येक 10 डिग्री सेल्सियस वृद्धिको लागि, सम्पूर्ण इन्जिनको जीवन आधा हुन्छ।त्यसकारण, विश्वसनीयता सुनिश्चित गर्न र मेसिनको उत्पादकता बढाउन, रक्तचापको थर्मल नियन्त्रणमा ध्यान दिन आवश्यक छ।विगतमा, थर्मल विश्लेषणलाई बेवास्ता गरिएको छ र मोटर डिजाइनरहरूले डिजाइन अनुभव वा अन्य आयामी चरहरू जस्तै घुमाउरो वर्तमान घनत्व, इत्यादिको आधारमा समस्यालाई परिधिमा मात्र विचार गरेका छन्। यी दृष्टिकोणहरूले सबैभन्दा खराब-का लागि ठूलो सुरक्षा मार्जिनहरू लागू गर्न नेतृत्व गर्दछ। केस तताउने अवस्थाहरू, मेसिनको आकारमा वृद्धि र त्यसैले लागतमा वृद्धिको परिणामस्वरूप।
त्यहाँ दुई प्रकारका थर्मल विश्लेषणहरू छन्: लम्प्ड सर्किट विश्लेषण र संख्यात्मक विधिहरू।विश्लेषणात्मक विधिहरूको मुख्य फाइदा चाँडै र सही रूपमा गणना गर्न सक्ने क्षमता हो।यद्यपि, थर्मल मार्गहरू अनुकरण गर्न पर्याप्त शुद्धताका साथ सर्किटहरू परिभाषित गर्न पर्याप्त प्रयास गरिनु पर्छ।अर्कोतर्फ, संख्यात्मक विधिहरू लगभग कम्प्युटेसनल फ्लुइड डाइनामिक्स (CFD) र संरचनात्मक थर्मल विश्लेषण (STA) मा विभाजित छन्, जसमा दुवै परिमित तत्व विश्लेषण (FEA) प्रयोग गर्दछ।संख्यात्मक विश्लेषणको फाइदा यो हो कि यसले तपाईंलाई उपकरणको ज्यामिति मोडेल गर्न अनुमति दिन्छ।यद्यपि, प्रणाली सेटअप र गणना कहिलेकाहीं गाह्रो हुन सक्छ।तल छलफल गरिएका वैज्ञानिक लेखहरू विभिन्न आधुनिक इन्डक्शन मोटरहरूको थर्मल र इलेक्ट्रोम्याग्नेटिक विश्लेषणका चयन गरिएका उदाहरणहरू हुन्।यी लेखहरूले लेखकहरूलाई एसिन्क्रोनस मोटरहरूमा थर्मल घटनाहरू र तिनीहरूको शीतलनका लागि विधिहरू अध्ययन गर्न प्रेरित गरे।
Pil-Wan Han1 MI को थर्मल र विद्युत चुम्बकीय विश्लेषणमा संलग्न थियो।लम्पेड सर्किट विश्लेषण विधि थर्मल विश्लेषणको लागि प्रयोग गरिन्छ, र समय-भिन्न चुम्बकीय परिमित तत्व विधि विद्युत चुम्बकीय विश्लेषणको लागि प्रयोग गरिन्छ।कुनै पनि औद्योगिक अनुप्रयोगमा थर्मल ओभरलोड सुरक्षा ठीकसँग प्रदान गर्न, स्टेटर घुमाउने तापक्रम विश्वसनीय रूपमा अनुमानित हुनुपर्छ।अहमद et al.2 ले गहिरो थर्मल र थर्मोडाइनामिक विचारहरूमा आधारित उच्च अर्डर गर्मी नेटवर्क मोडेल प्रस्ताव गर्यो।औद्योगिक थर्मल सुरक्षा उद्देश्यका लागि थर्मल मोडेलिङ विधिहरूको विकासले विश्लेषणात्मक समाधानहरू र थर्मल प्यारामिटरहरूको विचारबाट फाइदा लिन्छ।
Nair et al.3 ले विद्युतीय मेसिनमा थर्मल वितरणको भविष्यवाणी गर्न 39 kW IM र 3D संख्यात्मक थर्मल विश्लेषणको संयुक्त विश्लेषण प्रयोग गर्‍यो।Ying et al.4 ले 3D तापमान अनुमानको साथ फ्यान-कूल्ड पूर्ण रूपमा संलग्न (TEFC) IMs विश्लेषण गर्‍यो।चन्द्रमा आदि।5 ले CFD प्रयोग गरेर IM TEFC को ताप प्रवाह गुणहरू अध्ययन गर्यो।LPTN मोटर संक्रमण मोडेल Todd et al.6 द्वारा दिइएको थियो।प्रयोगात्मक तापक्रम डेटा प्रस्तावित LPTN मोडेलबाट व्युत्पन्न गणना गरिएको तापक्रमसँगै प्रयोग गरिन्छ।Peter et al.7 ले विद्युतीय मोटरहरूको थर्मल व्यवहारलाई असर गर्ने हावा प्रवाहको अध्ययन गर्न CFD प्रयोग गर्‍यो।
Cabral et al8 ले एउटा साधारण IM थर्मल मोडेल प्रस्ताव गर्‍यो जसमा मेसिनको तापक्रम सिलिन्डर ताप प्रसार समीकरण लागू गरेर प्राप्त गरिएको थियो।Nategh et al.9 ले अनुकूलित कम्पोनेन्टहरूको शुद्धता परीक्षण गर्न CFD प्रयोग गरेर स्व-भेन्टिलेटेड कर्षण मोटर प्रणालीको अध्ययन गर्‍यो।यसरी, संख्यात्मक र प्रयोगात्मक अध्ययनहरू इन्डक्शन मोटरहरूको थर्मल विश्लेषण अनुकरण गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ, चित्र हेर्नुहोस्।२.
Yinye et al.10 ले मानक सामग्रीको सामान्य थर्मल गुणहरू र मेसिनको भाग गुमाउने सामान्य स्रोतहरूको शोषण गरेर थर्मल व्यवस्थापन सुधार गर्न डिजाइन प्रस्ताव गरेको छ।Marco et al.11 ले CFD र LPTN मोडेलहरू प्रयोग गरेर मेसिन कम्पोनेन्टहरूका लागि शीतलन प्रणाली र पानी ज्याकेटहरू डिजाइन गर्न मापदण्ड प्रस्तुत गरे।Yaohui et al.12 ले उपयुक्त शीतलन विधि चयन गर्न र डिजाइन प्रक्रियाको प्रारम्भमा कार्यसम्पादन मूल्याङ्कन गर्न विभिन्न दिशानिर्देशहरू प्रदान गर्दछ।Nell et al.13 ले बहुभौतिकीय समस्याको लागि मानको दिइएको दायरा, विवरणको स्तर र कम्प्युटेसनल पावरको लागि युग्मित विद्युत चुम्बकीय-थर्मल सिमुलेशनका लागि मोडेलहरू प्रयोग गर्ने प्रस्ताव राख्यो।Jean et al.14 र Kim et al.15 ले 3D जोडिएको FEM फिल्ड प्रयोग गरेर एयर-कूल्ड इन्डक्सन मोटरको तापक्रम वितरणको अध्ययन गरे।थ्रीडी एडी हालको फिल्ड विश्लेषण प्रयोग गरेर जूल घाटाहरू पत्ता लगाउन र थर्मल विश्लेषणको लागि तिनीहरूलाई प्रयोग गर्न इनपुट डेटा गणना गर्नुहोस्।
Michel et al.16 ले सिमुलेशन र प्रयोगहरू मार्फत विभिन्न डिजाइनका अक्षीय फ्यानहरूसँग परम्परागत केन्द्रापसारक कूलिङ फ्यानहरू तुलना गरे।यी डिजाइनहरू मध्ये एउटाले समान अपरेटिङ तापक्रम कायम राख्दै इन्जिन दक्षतामा सानो तर महत्त्वपूर्ण सुधारहरू हासिल गर्यो।
Lu et al.17 ले इन्डक्सन मोटरको शाफ्टमा फलामको नोक्सान अनुमान गर्न बोग्लिएट्टी मोडेलको संयोजनमा बराबर चुम्बकीय सर्किट विधि प्रयोग गर्‍यो।लेखकहरूले स्पिन्डल मोटर भित्रको कुनै पनि क्रस खण्डमा चुम्बकीय प्रवाह घनत्वको वितरण एकसमान छ भनी मान्छन्।तिनीहरूले आफ्नो विधिलाई सीमित तत्व विश्लेषण र प्रयोगात्मक मोडेलहरूको नतिजासँग तुलना गरे।यो विधि MI को व्यक्त विश्लेषणको लागि प्रयोग गर्न सकिन्छ, तर यसको शुद्धता सीमित छ।
18 रैखिक प्रेरण मोटर्स को विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र विश्लेषण को लागी विभिन्न विधिहरु प्रस्तुत गर्दछ।ती मध्ये, प्रतिक्रियात्मक रेलहरूमा पावर हानि अनुमान गर्ने विधिहरू र कर्षण रैखिक प्रेरण मोटरहरूको तापमान वृद्धिको भविष्यवाणी गर्ने तरिकाहरू वर्णन गरिएको छ।यी विधिहरू रैखिक प्रेरण मोटरहरूको ऊर्जा रूपान्तरण दक्षता सुधार गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ।
Zabdur et al।19 ले तीन-आयामी संख्यात्मक विधि प्रयोग गरेर कूलिंग ज्याकेटहरूको प्रदर्शनको अनुसन्धान गर्‍यो।कूलिङ ज्याकेटले थ्री-फेज आईएमका लागि कूलेन्टको मुख्य स्रोतको रूपमा पानी प्रयोग गर्छ, जुन पावर र पम्पिङका लागि आवश्यक अधिकतम तापक्रमको लागि महत्त्वपूर्ण छ।Rippel et al।20 ले तरल शीतलन प्रणालीलाई ट्रान्सभर्स ल्यामिनेट कुलिङ भनिने नयाँ दृष्टिकोणलाई पेटेन्ट गरेको छ, जसमा रेफ्रिजरेन्ट एकअर्काको चुम्बकीय ल्यामिनेसनमा प्वालहरूद्वारा बनेको साँघुरो क्षेत्रहरू मार्फत ट्रान्सभर्स रूपमा बग्दछ।Deriszade et al।21 ले इथिलिन ग्लाइकोल र पानीको मिश्रण प्रयोग गरेर मोटर वाहन उद्योगमा ट्र्याक्सन मोटर्सको चिसोपनको प्रयोगात्मक अनुसन्धान गर्‍यो।CFD र 3D टर्ब्युलेन्ट फ्लुइड विश्लेषणको साथ विभिन्न मिश्रणहरूको प्रदर्शनको मूल्याङ्कन गर्नुहोस्।Boopathi et al.22 द्वारा गरिएको सिमुलेशन अध्ययनले देखाएको छ कि पानी चिसो इन्जिनको तापमान दायरा (17-124°C) एयर-कूल्ड इन्जिनहरू (104-250°C) भन्दा धेरै सानो छ।एल्युमिनियम वाटर-कूल्ड मोटरको अधिकतम तापक्रम ५०.४% ले घटेको छ, र PA6GF30 वाटर-कूल्ड मोटरको अधिकतम तापक्रम ४८.४% ले घटेको छ।Bezukov et al.23 ले तरल शीतलन प्रणालीको साथ इन्जिनको पर्खालको थर्मल चालकतामा स्केल गठनको प्रभावको मूल्याङ्कन गर्‍यो।अध्ययनहरूले देखाएको छ कि 1.5 मिमी बाक्लो अक्साइड फिल्मले तातो स्थानान्तरणलाई 30% कम गर्छ, इन्धन खपत बढाउँछ र इन्जिनको शक्ति घटाउँछ।
Tanguy et al.24 ले विभिन्न प्रवाह दरहरू, तेलको तापक्रम, घुमाउने गति र कूलेन्टको रूपमा लुब्रिकेटिङ तेल प्रयोग गरी विद्युतीय मोटरहरूका लागि इन्जेक्सन मोडहरू प्रयोग गरे।प्रवाह दर र समग्र शीतलन दक्षता बीच बलियो सम्बन्ध स्थापित भएको छ।Ha et al.25 ले तेल फिल्मलाई समान रूपमा वितरण गर्न र इन्जिन कूलिङ दक्षतालाई अधिकतम बनाउन ड्रिप नोजलहरू नोजलको रूपमा प्रयोग गर्न सुझाव दियो।
Nandi et al.26 ले इन्जिन कार्यसम्पादन र थर्मल व्यवस्थापनमा L-आकारको समतल ताप पाइपहरूको प्रभावको विश्लेषण गर्‍यो।तातो पाइप बाष्पीकरण गर्ने भाग मोटर आवरणमा स्थापना गरिएको छ वा मोटर शाफ्टमा गाडिएको छ, र कन्डेन्सर भाग स्थापना गरिएको छ र तरल वा हावा चलाएर चिसो गरिन्छ।Bellettre et al।27 ले क्षणिक मोटर स्टेटरको लागि PCM ठोस-तरल शीतलन प्रणालीको अध्ययन गर्‍यो।PCM ले लेटेन्ट थर्मल उर्जा भण्डारण गरेर तातो ठाउँको तापक्रम घटाएर घुमाउरो टाउकोलाई गर्भाधान गर्छ।
यसरी, मोटर प्रदर्शन र तापक्रम विभिन्न शीतलन रणनीतिहरू प्रयोग गरेर मूल्याङ्कन गरिन्छ, अंजीर हेर्नुहोस्।3. यी कुलिङ सर्किट windings, प्लेट, घुमाउरो हेड, चुम्बक, शव र अन्त प्लेट को तापमान नियन्त्रण गर्न डिजाइन गरिएको छ।
तरल शीतलन प्रणालीहरू तिनीहरूको कुशल गर्मी स्थानान्तरणको लागि परिचित छन्।यद्यपि, इन्जिनको वरिपरि शीतलक पम्प गर्दा धेरै ऊर्जा खपत हुन्छ, जसले इन्जिनको प्रभावकारी पावर आउटपुट घटाउँछ।अर्कोतर्फ, एयर कूलिंग प्रणालीहरू तिनीहरूको कम लागत र अपग्रेडको सजिलोको कारणले व्यापक रूपमा प्रयोग हुने विधि हो।यद्यपि, यो अझै पनि तरल शीतलन प्रणाली भन्दा कम कुशल छ।एक एकीकृत दृष्टिकोण आवश्यक छ जसले तरल-कुल्ड प्रणालीको उच्च ताप स्थानान्तरण प्रदर्शनलाई अतिरिक्त ऊर्जा खपत नगरी एयर-कूल्ड प्रणालीको कम लागतसँग संयोजन गर्न सक्छ।
यस लेखले AD मा तातो हानिहरूको सूची र विश्लेषण गर्दछ।यस समस्याको संयन्त्र, साथै इन्डक्सन मोटरहरूको तताउने र शीतलनलाई कूलिङ रणनीतिहरू मार्फत इन्डक्सन मोटर्सको खण्डमा तातो हानिमा व्याख्या गरिएको छ।इन्डक्सन मोटरको कोरको तातो हानि तातोमा परिणत हुन्छ।तसर्थ, यस लेखले इन्जिन भित्र तातो स्थानान्तरणको संयन्त्रलाई प्रवाह र जबरजस्ती संवहनको बारेमा छलफल गर्दछ।निरन्तरता समीकरणहरू, नेभियर-स्टोक्स/मोमेन्टम समीकरणहरू र ऊर्जा समीकरणहरू प्रयोग गरेर IM को थर्मल मोडेलिङ रिपोर्ट गरिएको छ।शोधकर्ताहरूले विद्युतीय मोटरको थर्मल शासन नियन्त्रण गर्ने एकमात्र उद्देश्यका लागि स्टेटर विन्डिङको तापक्रम अनुमान गर्न IM को विश्लेषणात्मक र संख्यात्मक थर्मल अध्ययनहरू प्रदर्शन गरे।यो लेख एयर-कूल्ड आईएमहरूको थर्मल विश्लेषण र CAD मोडलिङ र ANSYS फ्लुएन्ट सिमुलेशन प्रयोग गरेर एकीकृत एयर-कूल्ड र वाटर-कूल्ड आईएमहरूको थर्मल विश्लेषणमा केन्द्रित छ।र एयर-कूल्ड र वाटर-कूल्ड प्रणालीहरूको एकीकृत सुधारिएको मोडेलको थर्मल फाइदाहरू गहिरो विश्लेषण गरिन्छ।माथि उल्लेख गरिए अनुसार, यहाँ सूचीबद्ध कागजातहरू थर्मल घटना र इन्डक्शन मोटरहरूको कूलिंगको क्षेत्रमा कलाको अवस्थाको सारांश होइन, तर तिनीहरूले इन्डक्शन मोटरहरूको भरपर्दो सञ्चालन सुनिश्चित गर्नको लागि समाधान गर्न आवश्यक पर्ने धेरै समस्याहरू संकेत गर्दछ। ।
ताप हानिलाई सामान्यतया तामाको हानि, फलामको क्षति र घर्षण/यान्त्रिक हानिमा विभाजन गरिन्छ।
तामा हानिहरू कन्डक्टरको प्रतिरोधात्मकताको कारणले जूल तताउने परिणाम हो र 10.28 को रूपमा मापन गर्न सकिन्छ:
जहाँ q̇g तातो उत्पन्न हुन्छ, I र Ve क्रमशः नाममात्र प्रवाह र भोल्टेज हो, र Re तामाको प्रतिरोध हो।
फलामको कमी, जसलाई परजीवी नोक्सान पनि भनिन्छ, दोस्रो मुख्य प्रकारको हानि हो जसले AM मा हिस्टेरेसिस र एडी वर्तमान हानि निम्त्याउँछ, मुख्यतया समय-भिन्न चुम्बकीय क्षेत्रको कारणले गर्दा।तिनीहरू विस्तारित Steinmetz समीकरणद्वारा परिमाणित हुन्छन्, जसको गुणांकहरूलाई अपरेटिङ सर्तहरू 10,28,29 को आधारमा स्थिर वा चर मान्न सकिन्छ।
जहाँ Khn कोर हानि रेखाचित्रबाट व्युत्पन्न हिस्टेरेसिस घाटा कारक हो, केन एडी वर्तमान घाटा कारक हो, N हार्मोनिक सूचकांक हो, Bn र f क्रमशः गैर-साइनसाइडल उत्तेजनाको शिखर प्रवाह घनत्व र आवृत्ति हो।माथिको समीकरणलाई निम्नानुसार थप सरलीकृत गर्न सकिन्छ 10,29:
ती मध्ये, K1 र K2 क्रमशः कोर हानि कारक र एडी वर्तमान घाटा (qec), हिस्टेरेसिस घाटा (qh), र अतिरिक्त हानि (qex) हुन्।
हावाको भार र घर्षण हानि IM मा मेकानिकल हानिका दुई मुख्य कारण हुन्।हावा र घर्षण हानि 10 हो,
सूत्रमा, n घूर्णन गति हो, Kfb घर्षण घाटाको गुणांक हो, D रोटरको बाहिरी व्यास हो, l रोटरको लम्बाइ हो, G रोटर 10 को वजन हो।
इन्जिन भित्र तातो स्थानान्तरणको लागि प्राथमिक संयन्त्र प्रवाह र आन्तरिक तताउने मार्फत हो, यो उदाहरणमा लागू गरिएको Poisson equation30 द्वारा निर्धारण गरिएको छ:
सञ्चालनको क्रममा, मोटर स्थिर अवस्थामा पुग्दा एक निश्चित बिन्दु पछि, सतहको ताप प्रवाहको निरन्तर तापद्वारा उत्पन्न तापलाई अनुमानित गर्न सकिन्छ।तसर्थ, यो मान्न सकिन्छ कि इन्जिन भित्र प्रवाह आन्तरिक गर्मी को रिलीज संग गरिन्छ।
पखेटा र वरपरको वायुमण्डल बीचको ताप स्थानान्तरणलाई जबरजस्ती संवहन मानिन्छ, जब तरल पदार्थलाई बाह्य बलद्वारा निश्चित दिशामा सार्न बाध्य गरिन्छ।संवहन 30 को रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ:
जहाँ h तातो स्थानान्तरण गुणांक (W/m2 K), A सतह क्षेत्र हो, र ΔT ताप स्थानान्तरण सतह र सतहमा रेफ्रिजरेन्ट लम्बाइ बीचको तापमान भिन्नता हो।Nusselt नम्बर (Nu) सीमाना लम्बवत संवहनशील र प्रवाहकीय ताप स्थानान्तरण को अनुपात को एक मापन हो र लामिना र अशान्त प्रवाह को विशेषताहरु को आधार मा चयन गरिएको छ।प्रायोगिक विधि अनुसार, अशान्त प्रवाहको Nusselt संख्या सामान्यतया Reynolds संख्या र Prandtl संख्या संग सम्बन्धित छ, 30 को रूपमा व्यक्त गरिएको छ:
जहाँ h संवहनात्मक ताप स्थानान्तरण गुणांक (W/m2 K), l विशेषता लम्बाइ हो, λ तरल पदार्थको थर्मल चालकता (W/m K), र Prandtl नम्बर (Pr) को अनुपातको मापन हो। थर्मल डिफ्यूसिभिटी (वा वेग र थर्मल सीमा तहको सापेक्ष मोटाई) को गति प्रसार गुणांक, 30 को रूपमा परिभाषित:
जहाँ k र cp क्रमशः तरलको थर्मल चालकता र विशिष्ट ताप क्षमता हो।सामान्यतया, हावा र पानी बिजुली मोटर्स को लागी सबै भन्दा साधारण शीतलक हो।परिवेशको तापक्रममा हावा र पानीको तरल गुणहरू तालिका १ मा देखाइएको छ।
IM थर्मल मोडेलिङ निम्न मान्यताहरूमा आधारित छ: 3D स्थिर अवस्था, अशान्त प्रवाह, हावा एक आदर्श ग्यास हो, नगण्य विकिरण, न्यूटोनियन तरल पदार्थ, अकुशल तरल पदार्थ, नो-स्लिप अवस्था, र स्थिर गुणहरू।तसर्थ, निम्न समीकरणहरू तरल क्षेत्रमा द्रव्यमान, गति र ऊर्जाको संरक्षणको नियमहरू पूरा गर्न प्रयोग गरिन्छ।
सामान्य अवस्थामा, द्रव्यमान संरक्षण समीकरण तरल पदार्थको साथ सेलमा शुद्ध जन प्रवाहको बराबर हुन्छ, सूत्रद्वारा निर्धारण गरिन्छ:
न्यूटनको दोस्रो नियम अनुसार, तरल कणको गतिको परिवर्तनको दर यसमा कार्य गर्ने बलहरूको योगफल बराबर हुन्छ, र सामान्य गति संरक्षण समीकरणलाई भेक्टरको रूपमा लेख्न सकिन्छ:
माथिको समीकरणमा ∇p, ∇∙τij, र ρg ले क्रमशः दबाब, चिपचिपापन र गुरुत्वाकर्षणलाई प्रतिनिधित्व गर्दछ।मेशिनहरूमा शीतलकको रूपमा प्रयोग हुने कूलिङ मिडिया (हावा, पानी, तेल, आदि) लाई सामान्यतया न्यूटोनियन मानिन्छ।यहाँ देखाइएका समीकरणहरूले शियर स्ट्रेस र शियर दिशामा लम्बवत गति ढाँचा (स्ट्रेन दर) बीचको रैखिक सम्बन्ध मात्र समावेश गर्दछ।स्थिर चिपचिपापन र स्थिर प्रवाहलाई विचार गर्दै, समीकरण (12) लाई 31 मा परिवर्तन गर्न सकिन्छ:
थर्मोडायनामिक्सको पहिलो नियम अनुसार तरल कणको ऊर्जामा हुने परिवर्तनको दर तरल कणले उत्पन्न गरेको शुद्ध ताप र तरल कणले उत्पादन गरेको शुद्ध शक्तिको योगफल बराबर हुन्छ।न्यूटोनियन संकुचित चिपचिपा प्रवाहको लागि, ऊर्जा संरक्षण समीकरण 31 को रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ:
जहाँ Cp स्थिर दबाबमा ताप क्षमता हो, र शब्द ∇ ∙ (k∇T) तरल सेल सीमा मार्फत थर्मल चालकतासँग सम्बन्धित छ, जहाँ k ले थर्मल चालकतालाई जनाउँछ।तातोमा यान्त्रिक ऊर्जाको रूपान्तरणलाई \(\varnothing\) (अर्थात्, चिपचिपा अपव्यय कार्य) को सर्तमा विचार गरिन्छ र यसलाई निम्न रूपमा परिभाषित गरिएको छ:
जहाँ \(\rho\) तरल पदार्थको घनत्व हो, \(\mu\) तरल पदार्थको चिपचिपाहट हो, u, v र w क्रमशः तरल वेगको x, y, z दिशाको सम्भाव्यता हो।यो शब्दले मेकानिकल उर्जाको थर्मल उर्जामा रूपान्तरणको वर्णन गर्दछ र यसलाई बेवास्ता गर्न सकिन्छ किनभने यो केवल महत्त्वपूर्ण हुन्छ जब तरल पदार्थको चिपचिपापन धेरै उच्च हुन्छ र तरलको वेग ढाँचा धेरै ठूलो हुन्छ।स्थिर प्रवाह, स्थिर विशिष्ट ताप र थर्मल चालकताको अवस्थामा, ऊर्जा समीकरण निम्नानुसार परिमार्जन गरिएको छ:
यी आधारभूत समीकरणहरू कार्टेसियन समन्वय प्रणालीमा ल्यामिनार प्रवाहको लागि समाधान गरिन्छ।यद्यपि, अन्य धेरै प्राविधिक समस्याहरू जस्तै, विद्युतीय मेसिनहरूको सञ्चालन मुख्य रूपमा अशान्त प्रवाहसँग सम्बन्धित छ।तसर्थ, यी समीकरणहरूलाई रेनोल्ड्स नेभियर-स्टोक्स (RANS) टर्ब्युलेन्स मोडलिङको औसत विधि बनाउन परिमार्जन गरिएको छ।
यस कार्यमा, ANSYS FLUENT 2021 कार्यक्रम CFD मोडलिङका लागि सम्बन्धित सीमा अवस्थाहरूका लागि छनोट गरिएको थियो, जस्तै विचार गरिएको मोडेल: 100 kW क्षमताको एयर कूलिंगको साथ एक एसिन्क्रोनस इन्जिन, रोटरको व्यास 80.80 मिमी, व्यास स्टेटर को 83.56 मिमी (आन्तरिक) र 190 मिमी (बाह्य), 1.38 मिमी को एक हावा अंतर, 234 मिमी को कुल लम्बाई, मात्रा , रिब को मोटाई 3 मिमी।।
SolidWorks एयर-कूल्ड इन्जिन मोडेल त्यसपछि ANSYS फ्लुएन्ट र सिमुलेटमा आयात गरिन्छ।थप रूपमा, प्राप्त परिणामहरू प्रदर्शन गरिएको सिमुलेशनको शुद्धता सुनिश्चित गर्न जाँच गरिन्छ।थप रूपमा, एक एकीकृत एयर- र वाटर-कूल्ड IM SolidWorks 2017 सफ्टवेयर प्रयोग गरेर मोडेल गरिएको थियो र ANSYS Fluent 2021 सफ्टवेयर (चित्र 4) को प्रयोग गरेर नक्कल गरिएको थियो।
यस मोडेलको डिजाइन र आयामहरू Siemens 1LA9 एल्युमिनियम शृङ्खलाबाट प्रेरित छन् र SolidWorks 2017 मा मोडल गरिएको छ। सिमुलेशन सफ्टवेयरको आवश्यकता अनुरूप मोडेललाई थोरै परिमार्जन गरिएको छ।ANSYS Workbench 2021 सँग मोडलिङ गर्दा अनावश्यक भागहरू हटाएर, फिलेटहरू, च्याम्फरहरू र थप कुराहरू हटाएर CAD मोडेलहरू परिमार्जन गर्नुहोस्।
एक डिजाइन नवाचार पानी जैकेट हो, जसको लम्बाइ पहिलो मोडेलको सिमुलेशन परिणामबाट निर्धारण गरिएको थियो।ANSYS मा कम्मर प्रयोग गर्दा उत्कृष्ट नतिजाहरू प्राप्त गर्न वाटर ज्याकेट सिमुलेशनमा केही परिवर्तनहरू गरिएका छन्।IM को विभिन्न भागहरू चित्रमा देखाइएको छ।5a-f।
(ए)।रोटर कोर र IM शाफ्ट।(b) IM स्टेटर कोर।(c) IM स्टेटर विन्डिङ।(d) MI को बाह्य फ्रेम।(e) IM पानी ज्याकेट।f) हावा र पानी कूल्ड IM मोडेलहरूको संयोजन।
शाफ्ट-माउन्ट गरिएको फ्यानले 10 m/s को स्थिर हावा प्रवाह र पखेटाको सतहमा 30 डिग्री सेल्सियसको तापक्रम प्रदान गर्दछ।यस लेखमा विश्लेषण गरिएको रक्तचापको क्षमताको आधारमा दरको मूल्य अनियमित रूपमा चयन गरिएको छ, जुन साहित्यमा उल्लेख गरिएको भन्दा ठूलो छ।तातो क्षेत्रमा रोटर, स्टेटर, स्टेटर विन्डिङ र रोटर केज बारहरू समावेश छन्।स्टेटर र रोटरको सामग्री स्टील हो, विन्डिङ र केज रडहरू तामा हुन्, फ्रेम र रिबहरू एल्युमिनियम हुन्।यी क्षेत्रहरूमा उत्पन्न हुने ताप विद्युत चुम्बकीय घटनाहरूको कारण हो, जस्तै जौल तताउने जब तामाको कुण्डलीबाट बाहिरी विद्युत् प्रवाह हुन्छ, साथै चुम्बकीय क्षेत्रमा परिवर्तन हुन्छ।विभिन्न कम्पोनेन्टहरूको तातो रिलीज दरहरू 100 kW IM को लागि उपलब्ध विभिन्न साहित्यबाट लिइएको थियो।
एकीकृत एयर-कूल्ड र वाटर-कूल्ड आईएमहरू, माथिका सर्तहरू बाहेक, पानीको ज्याकेट पनि समावेश गरिएको थियो, जसमा विभिन्न पानी प्रवाह दरहरू (5 l/min, 10 l/min) को लागि ताप स्थानान्तरण क्षमताहरू र पम्प शक्ति आवश्यकताहरू विश्लेषण गरिएको थियो। र १५ लिटर/मिनेट)।यो भल्भलाई न्यूनतम भल्भको रूपमा छनोट गरिएको थियो, किनभने परिणामहरू 5 L/min भन्दा कम प्रवाहको लागि महत्त्वपूर्ण रूपमा परिवर्तन भएन।थप रूपमा, 15 L/min को प्रवाह दर अधिकतम मानको रूपमा छनोट गरिएको थियो, किनकि तापक्रम घट्दै गएको तथ्यको बावजुद पम्पिङ पावर उल्लेखनीय रूपमा बढ्यो।
विभिन्न IM मोडेलहरू ANSYS Fluent मा आयात गरियो र ANSYS डिजाइन मोडेलर प्रयोग गरेर थप सम्पादन गरियो।यसबाहेक, इन्जिनको वरिपरि हावाको गतिको विश्लेषण गर्न र वायुमण्डलमा तातो हटाउने अध्ययन गर्नको लागि एडी वरिपरि ०.३ × ०.३ × ०.५ मिटरको आयाम भएको बक्स आकारको आवरण बनाइएको थियो।समान विश्लेषण एकीकृत वायु- र पानी-कुल्ड आईएमहरूको लागि प्रदर्शन गरिएको थियो।
IM मोडेल CFD र FEM संख्यात्मक विधिहरू प्रयोग गरेर मोडेल गरिएको छ।समाधान खोज्नको लागि डोमेनलाई कम्पोनेन्टको निश्चित संख्यामा विभाजन गर्नका लागि मेशहरू CFD मा निर्मित हुन्छन्।इन्जिन कम्पोनेन्टहरूको सामान्य जटिल ज्यामितिका लागि उपयुक्त तत्व आकारका टेट्राहेड्रल मेसहरू प्रयोग गरिन्छ।सबै इन्टरफेसहरू सही सतह ताप स्थानान्तरण परिणामहरू प्राप्त गर्न 10 तहहरूले भरिएका थिए।दुई MI मोडेलहरूको ग्रिड ज्यामिति चित्रमा देखाइएको छ।6a, b.
ऊर्जा समीकरणले तपाईंलाई इन्जिनको विभिन्न क्षेत्रहरूमा तातो स्थानान्तरण अध्ययन गर्न अनुमति दिन्छ।मानक पर्खाल प्रकार्यहरूको साथ K-epsilon टर्ब्युलेन्स मोडेल बाहिरी सतह वरिपरि अशांति मोडेल गर्न छनौट गरिएको थियो।मोडेलले गतिज ऊर्जा (Ek) र turbulent dissipation (epsilon) लाई ध्यानमा राख्छ।तामा, आल्मुनियम, स्टील, हावा र पानी तिनीहरूको सम्बन्धित अनुप्रयोगहरूमा प्रयोगको लागि तिनीहरूको मानक गुणहरूको लागि चयन गरिएको थियो।ताप खपत दरहरू (तालिका २ हेर्नुहोस्) इनपुटको रूपमा दिइएको छ, र विभिन्न ब्याट्री क्षेत्र अवस्थाहरू 15, 17, 28, 32 मा सेट गरिएको छ। मोटर केसमा हावाको गति दुवै मोटर मोडेलहरूको लागि 10 m/s मा सेट गरिएको थियो। थप रूपमा, पानी ज्याकेटको लागि तीनवटा फरक पानी दरहरू (५ लि/मिनेट, १० लि/मिनेट र १५ लि/मिनेट) लाई ध्यानमा राखिएको थियो।अधिक सटीकताको लागि, सबै समीकरणहरूका लागि अवशिष्टहरू 1 × 10-6 को बराबर सेट गरियो।Navier प्राइम (NS) समीकरणहरू समाधान गर्न SIMPLE (प्रेशर समीकरणहरूको लागि अर्ध-अर्ध-निहित विधि) एल्गोरिदम चयन गर्नुहोस्।हाइब्रिड प्रारम्भ पूरा भएपछि, सेटअपले चित्र 7 मा देखाइए अनुसार 500 पुनरावृत्तिहरू चलाउनेछ।