Θερμικη Αναλυση Κινητηρα Επαγωγης

Abstract

Η μετάδοση της θερμότητας σε διάφορα υλικά μέσα, αποτελεί πεδίο έρευνας για πολλούς κλάδους της επιστήμης. Ιδιαίτερα στην περίπτωση των ηλεκτρικών μηχανών η μεταβολή στη θερμοκρασία του κινητήρα προκαλεί σημαντικές μεταβολές στην απόκρισή του σε διαφορετικές συνθήκες λειτουργίας και γι αυτό αποτελεί σημαντική παράμετρο τόσο για τη σχεδίαση όσο και για την ανάλυση της συμπεριφοράς τους. Στην παρούσα διπλωματική εργασία έγινε μια αναλυτική αναφορά στα διάφορα θερμικά φαινόμενα που λαμβάνουν χώρα μέσα στον κινητήρα κατά τη διάρκεια της λειτουργίας του. Στη συνέχεια επιχειρήθηκε η θερμική ανάλυση ενός κινητήρα επαγωγής, με δυο τρόπους. Ο πρώτος είναι μέσω της μεθόδου πεπερασμένων στοιχείων, σε δισδιάστατη γεωμετρία μέθοδος η οποία είναι πολύ ακριβής και λεπτομερειακά αποτελέσματα. Με τη μέθοδο αυτή αναλύονται με μαθηματικές εξισώσεις, το φαινόμενο της μετάδοσης θερμότητας, χρησιμοποιώντας κατάλληλες οριακές συνθήκες, την γεωμετρία και τα θερμικά χαρακτηριστικά των υλικών, οι πηγές θερμότητας και αφού το πρόγραμμα επεξεργάζεται τα δεδομένα, καταλήγει στην κατανομή της θερμοκρασίας με μεγάλη ακρίβεια.Όπως αναφέρθηκε, για να γίνει η ανάλυση με πεπερασμένα στοιχεία, χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικός υπολογιστής και χρειάστηκε να επιλυθούν διαφορικές εξισώσεις με μερικές παραγώγους προκειμένου να καταλήξουμε στο αποτέλεσμα. Επειδή σε περιπτώσεις εκτιμητών κατάστασης για τον έλεγχο κινητήρων δεν είναι πάντα διαθέσιμη η απαιτούμενη υπολογιστική ισχύς από μια τέτοια μέθοδο αναπτύξαμε ένα δεύτερο μοντέλο αναπαράστασης των θερμικών φαινομένων που βασίζεται σε ισοδύναμο κύκλωμα συγκεντρωμένων παραμέτρων. Κατά τη μέθοδο αυτή, το θερμικό μοντέλο του κινητήρα είναι αντίστοιχο με το ισοδύναμο ηλεκτρικά κύκλωμα που χρησιμοποιούνται στην ανάλυση των ηλεκτρικών μεγεθών των μηχανών.. Η επίλυση αυτού του κυκλώματος γίνεται σχετικά εύκολα και γρήγορα αφού δεν υπάρχουν πολύπλοκοι μαθηματικοί τύποι, παρά μόνο λίγες αλγεβρικές εξισώσεις. Και σε αυτή την περίπτωση, τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με πειραματικές μετρήσεις που έγιναν στον κινητήρα και αποδείχθηκε ότι συμφωνούν ικανοποιητικά.Η εργασία αυτή συνέκρινε τις δυο εναλλακτικές μεθόδους για τη θερμική μελέτη ενός επαγωγικού κινητήρα ως προς την ακρίβεια, την ευκολία και την ταχύτητα εξαγωγής των αποτελεσμάτων. Τα αποτελέσματα που προέκυψαν από την προτεινόμενη μέθοδο του ισοδυνάμου θερμικού κυκλώματος συγκεντρωμένων παραμέτρων ανέδειξαν την καταλληλότητα του για χρήση σε εκτιμητές κατάστασης συστημάτων ελέγχου ασύγχρονων κινητήρων.