Ứng dụng phần mềm Motor - CAD trong mô phỏng phân bố nhiệt độ động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 2 cực công suất 0,75kW

Trong bài viết, nhóm tác giả sử dụng kết quả kích thước của động cơ đã tính toán sẵn và ứng dụng phần mềm Motor - Cad để tính toán phân bố nhiệt độ trong động cơ, trong điều kiện vận hành ổn định, đánh giá kết quả với điều kiện đảm bảo của cách điện sử dụng trong động cơ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ứng dụng phần mềm Motor - CAD trong mô phỏng phân bố nhiệt độ động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 2 cực công suất 0,75kW TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH Ứng dụng phần mềm Motor - CAD trong mô phỏng phân bố nhiệt độ động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 2 cực công suất 0,75kW Ngô Văn Hà*, Dƣơng Thị Lan, Đỗ Thị Hoa Trường Đại học Công nghiệp Quảng Ninh *E-mail: ngovanha72@gmail.com Tóm tắt: Việc áp dụng tính toán và mô phỏng trên máy tính không còn là vấn đề mới trên thế giới. Hiện nay, để hoàn thiện chế tạo một động cơ điện các nhà sản xuất đều thực hiện quá trình mô phỏng kết quả tính toán trên phần mềm chuyên dụng, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả công suất đầu ra động cơ và tự tin đưa ra quyết định thiết kế. Trong bài viết, nhóm tác giả sử dụng kết quả kích thước của động cơ đã tính toán sẵn [7] và ứng dụng phần mềm Motor - Cad để tính toán phân bố nhiệt độ trong động cơ, trong điều kiện vận hành ổn định, đánh giá kết quả với điều kiện đảm bảo của cách điện sử dụng trong động cơ. Từ khoá: Mạch nhiệt thông số rải, mô hình nhiệt, tính toán nhiệt, mô hình trường nhiệt, động cơ không đồng bộ công suất nhỏ. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các động cơ không đồng bộ roto lồng sóc [4] có cấu tạo như hình 1, đã được mô hình hóa bằng các mô hình nhiệt mạng phân tích có số lượng nút khác nhau. Các mô hình có số lượng nút nhỏ chạy nhanh nhưng có thể khó thiết lập chính xác, các mô hình có số lượng nút lớn có thể được lập trình để đưa ra dự đoán nhiệt chính xác. Điều này được thực hiện bằng cách chia các hiện tượng truyền nhiệt riêng lẻ thành các điện trở nhiệt riêng biệt mà các thuật toán toán học tồn tại cho tính toán của chúng, ví dụ: điện trở nhiệt để biểu thị sự truyền nhiệt qua các thành phần phức hợp như cuộn dây và ổ trục, sự dẫn truyền qua các thành phần rắn như răng và sắt lưng, đối lưu và bức xạ từ bề mặt bên trong và bên ngoài của máy. Các mô hình nhiệt đơn giản hơn được mô tả trong bài viết này được thực hiện trong phần mềm Motor-CAD [1]. Motor-CAD [5] là một gói phần mềm phân tích mạng dành riêng cho phân tích nhiệt của máy điện. Nó bao gồm các thuật toán để tự động mô hình hóa các hiện tượng nhiệt phức tạp. Phần mềm có một số mô hình nhiệt đơn giản để giúp dự đoán các nhiệt độ này. Tuy nhiên, điều quan trọng là phải hiệu chỉnh các mô hình vì chúng có một số nút hạn chế và không bao gồm tính toán trước các hiện tượng nhiệt khó dự đoán như truyền nhiệt qua các cuộn dây dẫn, khoảng trống giao diện giữa các thành phần, làm mát hỗn loạn xung quanh các cuộn dây cuối và lồng cuối, đối lưu từ các bề mặt phức tạp,... [6]. Hình 1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc Kỷ yếu Hội nghị KHCN lần 7, tháng 5/2022 159 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH 2. MÔ HÌNH MẠCH NHIỆT ĐIỆN TRỞ 2.1. Mô hình mạch nhiệt đơn giản Hình 2 cho thấy mô hình nhiệt cho động cơ, trong đó có nhiệt trở đặc trưng cho độ chênh nhiệt giữa cuộn dây và môi trường xung quanh (Rα). Đây là mô hình nhiệt đơn giản nhất có thể để dự đoán sự tản nhiệt của động cơ và sự gia tăng nhiệt độ của các dây dẫn stator (θC) [6]: θC = θo + RαQth (1) Qth tương ứng cho tổng tổn thất động cơ (bao gồm tổn hao cuộn dây stator, lõi thép stator và rotor). Mô hình này có thể được kết hợp với điện dung nhiệt tổng thể để ước tính hằng số thời gian nhiệt của động cơ. Tuy nhiên, mô hình này chỉ có thể được sử dụng để hiểu về quá trình làm nóng và làm mát chung của phần lớn máy chứ không phải để làm nóng nhanh cuộn dây trong điều kiện quá tải. Thông thường, hằng số thời gian nhiệt của cuộn dây nhỏ hơn nhiều so với điện dung nhiệt của máy điện có kích thước lớn. Hình 2. Mô hình nhiệt với 1 nhiệt điện trở 2.2. Mô hình mạch nhiệt với 5 – 10 nút Một mô hình nhiệt phức tạp hơn sử dụng từ 5 đến 10 nút [3] để thể hiện các tính năng quan trọng trong máy. Ví dụ, mạng 5 nút được chỉ ra trong hình 3 có các nút đại diện cho môi trường xung quanh, lớp stator, vỏ, cuộn dây và rotor. Đối với sơ đồ mạch nhiệt của động cơ điện không đồng bộ kiểu kín, trong đó các nhiệt điện trở chính gồm có các điện trở nhiệt bên trong giữa cuộn dây với lõi thép stator và lõi thép stator với vỏ máy có thể được hiệu chỉnh từ sự giảm nhiệt độ bên trong bên trong stator. Nhiệt điện trở trên lớp cách điện được xác định như sau [6]: Rc = δc/(λc x Sc) (2) Trong đó: δc là chiều dày lớp cách điện (cm), λc là hệ số dẫn nhiệt của vật liệu cách điện rãnh và Sc là tiết diện truyền nhiệt của lớp cách điện (cm2). Hình 3. Mô hình nhiệt với 5 nút [3] Hình 4 cho thấy, một mô hình nhiệt sử dụng 10 nút và 18 nhiệt trở được coi là mô hình nhiệt đơn giản. Với các mô hình như vậy, tất cả các nhiệt trở có thể được tính toán bằng 160 Kỷ yếu Hội nghị KHCN lần 7, tháng 5/2022 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP QUẢNG NINH cách sử dụng phép đo hoặc các mô hình nhiệt phức tạp hơn. Một lựa chọn khác là tính toán một số nhiệt trở và điện dung dựa trên kích thước và đặc tính vật liệu cho thành phần cụ thể. Một vấn đề với việc hiệu chuẩn các mô hình như vậy bằng cách sử dụng dữ liệu thử nghiệm là có thể khá khó khăn khi cô lập các cơ chế truyền nhiệt riêng lẻ, tức là đối lưu và bức xạ từ vỏ máy và nắp máy,... Quá trình hiệu chuẩn dễ dàng hơn nhiều bằng cách sử dụng mạng nhiều nút phức tạp hơn các mô hình như thông tin chi tiết hơn có sẵn cho các cơ chế truyền nhiệt khác nhau trong máy, tức là chúng ta có thể tính toán các giá trị riêng lẻ cho các điện trở đối lưu, bức xạ, dẫn điện theo kết cấu động cơ. Hình 4. Mô hình nhiệt với 10 nút [3] 2.3. Mô hình mạch nhiệt ứn ...