Моделирование аэродинамики в асинхронном электродвигателе
Modeling of aerodynamics in an asynchronous electric motor

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА:

электродвигатель, аэродинамика, моделирование, «Comsol», частота вращения, electric motor, aerodynamics, simulation, rotation speed

АННОТАЦИЯ

Авторы: Оськин Сергей Владимирович

Распространение в агропромышленном комплексе частотного регулируемого электропривода приводит к необходимости проведения исследований теплового состояния электродвигателей при изменениях режимов работы. Такие исследования необходимо проводить с использованием современных программных продуктов типа «Comsol». В данном ПО есть возможность проводить совместные исследования разных физических процессов через мультифизические связки. На тепловое состояние электрической машины существенное влияние оказывает ее аэродинамика. Целью исследований было создание компьютерной модели, позволяющей анализировать аэродинамику машины при различных изменениях в конструкции или в окружающей среде. Рассматривался только электродвигатель с обдувом, создаваемым внутренним вентилятором. В работе проведен анализ аэродинамических процессов в электродвигателе малой мощности. Разработана геометрическая модель, которая впоследствии рассчитывалась методом конечных элементов в программном обеспечении. При расчетах скоростей воздушных потоков принималось турбулентное движение с соответствующим математическим описанием. Моделирование показало, насколько резко снижаются скорости воздуха, проходящие по внешней стороне оболочки статора: при снижении частоты вращения в три раза скорость потока уменьшается в 4 раза. Полученные изображения полей скоростей воздуха в отдельных частях машины позволяют оценить влияние основных конструктивных элементов электродвигателя на направление и величину воздушных потоков. Анализ полученных изображений позволяет увидеть наиболее труднодоступные места для обтекания воздухом. Разработанные модели могут быть использованы при анализе изменения теплового состояния электрической машины при конструктивных или режимных отклонениях в реальной эксплуатации. Модели полезны при проектировании новых машин или при их модернизации.

Abstract:

NAME: Modeling of aerodynamics in an asynchronous electric motor
AUTOR: Oskin Sergey Vladimirovich

The distribution of a frequency controlled electric drive in the agro-industrial complex leads to the need to conduct studies of the thermal state of electric motors in case of changes in operating modes. Such studies should be carried out using modern software products such as “Comsol.” In this software, it is possible to conduct joint studies of various physical processes through multifysical ligaments. The thermal state of the electric machine is significantly influenced by its aerodynamics. The goal of the research was to create a computer model that allows you to analyze the aerodynamics of the machine with various changes in the design or in the environment. Only an electric motor with blowing created by an internal fan was considered. In the work, an analysis of aerodynamic processes in a low-power electric motor was carried out. A geometric model was developed, which was subsequently calculated by finite element method in software. When calculating the velocities of air flows, turbulent movement was taken with the corresponding mathematical description. The simulation showed how sharply the air velocities passing along the outside of the stator shell decrease: when the speed decreases by three times, the flow rate decreases by 4 times. The obtained images of the air velocity fields in certain parts of the machine make it possible to assess the influence of the main structural elements of the electric motor on the direction and value of air flows. Analysis of the obtained images allows you to see the most inaccessible places for air flow. The developed models can be used in the analysis of the change in the thermal state of the electric machine at design or mode deviations in real operation. Models are useful in the design of new machines or in their modernization.