تحليل حرارتي و ارائه يك مدل بهينه براي موتور القايي فشار متوسط آب-خنك

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي برق

كارشناسي ارشد

از موتورهاي القاييِ توان بالا در صنايع حياتي مثل نيروگاه¬هاي توليد برق، ايستگاه¬هاي پمپاژ آب، صنايع مس، خطوط انتقال نفت وگاز و صنايع پتروشيمي و پالايشگاه¬ها استفاده مي¬گردد و از كارافتادن آن¬ها مي¬تواند فاجعه¬آفرين باشد. افزايش دماي بيش از حد مجاز، يكي از شايع¬ترين مشكلات حرارتي موتورهاي توان بالا در صنايع مختلف است كه گاهي منجر به خارج شدن موتور از سرويس¬دهي مي¬شود و اين به معناي مختل¬شدن فعاليت بخشي از صنايع حياتي است. لذا پايش وضعيت حرارتي اين موتورها، چه بصورت آنلاين و چه آفلاين، ضرورت و اهميت دوچنداني خواهد داشت. در موتورهاي توان بالا به¬منظور دفع موثر گرماي توليدشده و حفظ حد حرارتي عايق¬ها، از سيستم خنكسازي اجباري با يك سيال خنك¬كننده (معمولا هوا) استفاده مي¬شود. در واقع يك ماشين الكتريكي علاوه¬بر اين¬كه يك ساختار الكترومغناطيسي پيچيده¬است، يك سيستم سيالاتي فضايي پيچيده نيز هست كه جريان سيال از طريق قسمت چرخان و ثابت در گردش است و توسط پديده انتقال حرارت همرفتي گرماي توليدي را دفع مي¬كند. بنابراين يك تحليل حرارتي دقيق بايد شامل مدلسازي جريان سيال نيز باشد. علي¬رغم سرعت بالاي محاسبات روش تحليلي در تخمين سرعت سيال داخل موتور، اين روش بدليل ساده¬سازي روابط، قادر به مدلسازي دقيق فيزيك سيال و تخمين دقيق سرعت سيال به¬خصوص در قسمت¬هاي چرخان نيست. از طرفي در تست آزمايشگاهي موتور در شرايط عملياتي، به¬دليل محدوديت جانمايي سنسور اندازه¬گيري سرعت در كانال¬هاي داخلي عبور سيال، مقدار دقيق سرعت كانال¬ها در دسترس نيست. از اين¬رو تنها گزينه موجود براي تخمين دقيق سرعت سيال كانال¬هاي داخلي موتور، بهره¬گرفتن از رويكرد حل عددي ديناميك سيالات محاسباتي است. چالش ديگري كه در مدلسازي حرارتي موتورهاي توان بالا به چشم مي¬خورد و بر بهره¬گيري از روش حل عددي صحه مي¬گذارد، اين است كه همبستگي¬هاي تجربي براي الگوي جريان همرفت اجباري در نواحي انتهاي سيم¬پيچ موتورهاي توان بالا بسيار كمتر است. موتور مورد مطالعه در اين پايان¬نامه، موتور القايي شركت جمكو با توان 2700 كيلووات، ولتاژ 6600 ولت و با سيستم خنك¬سازي اجباري با مبدل حرارتي هوا-به-آب است. پس از ارائه مباني انتقال حرارت و معادلات حاكم بر سيالات، مدلسازي حرارتي اين موتور با هدف تخمين دقيق و سريع توزيع دما، با رويكرد تحليلي- عددي پياده¬سازي مي¬شود. رويكرد تحليلي، مبتني بر شبكه حرارتي پارامتر فشرده¬ي سه¬بعدي بوده و پياده¬سازي آن در نرم¬افزار تحليلي موتور-كَد صورت مي¬گيرد. تلفات موتور، مدلسازي رياضي اجزاي موتور، نقطه كاري مبدل حرارتي و روابط همبستگي تجربي براي انتقال حرارت همرفتي سطوح، ورودي¬هاي اين مدل هستند كه دقت محاسبات آنها به¬طور مستقيم بر دقت شبكه حرارتي و تخمين دما اثرگذار است. تخمين دقيق ضرايب انتقال حرارت همرفتي سطوح داخلي موتور، وابسته به تخمين دقيق سرعت هواي كانال¬هاي داخلي موتور است و اين همان نقطه اتصال بين دو رويكرد تحليلي و عددي است. در رويكرد عددي ديناميك سيالات محاسباتي، كيفيت مش¬بندي هندسه و تنظيمات حلگر عددي روي دقت نتايج اثر داشته و اثر بهبود مش¬بندي نشان داده مي¬شود. با اين روش ابتدا در بستر نرم¬افزار انسيس فلوئنت، منحني عملكردي فنِ نصب¬شده روي روتور جهت محاسبه¬ي دبي حجمي هواي ورودي به موتور بدست مي¬آيد. در ادامه به¬منظور لحاظ كردن اثر چرخش روتور بر سرعت سيال كانال¬هاي عبور هوا و اصلاح مقادير آن در شبكه حرارتي پارامتر فشرده، از اين نرم¬افزار استفاده مي¬شود. در پايان اثر اصلاح سرعت هواي كانال¬ها در بهبود تخمين دماي موتور با مقايسه با دماي اندازه¬گيري¬شده در تست آزمايشگاهي آشكار خواهد شد و به¬صورت درصد خطا نشان داده مي¬شود. اين مدل حرارتيِ بهبود يافته و تطبيق¬داده¬شده با معيار تست آزمايشگاهي، براي تحليل حرارتي موتورهاي القايي مشابه قابل استفاده خواهد بود.

235988

الكترونيك قدرت و ماشين هاي الكتريكي

مهندسي برق و كامپيوتر

دانشگاه صنعتي اصفهان