ANALIZA NUMERYCZNA CFD UKŁADÓW CHŁODZENIA MASZYN ELEKTRYCZNYCH - WERYFIKACJA DOŚWIADCZALNA - CZ. II



Podobne dokumenty
MOśLIWOŚCI METOD 3D FEM I CFD W ANALIZIE SYSTEMÓW CHŁODZENIA MASZYN ELEKTRTYCZNYCH CZĘŚĆ WSTĘPNA

Analiza numeryczna wpływu przewietrzników na efektywność chłodzenia maszyn elektrycznych

ANALIZA TERMICZNA KADŁUBA SILNIKA ELEKTRYCZNEGO DO NAPĘDU AUTOBUSU LUB SAMOCHODU CIĘŻAROWEGO

PRZEGLĄD KONSTRUKCJI JEDNOFAZOWYCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

ANALIZA PRZEPŁYWU POWIETRZA W UKŁADZIE CHŁODZENIA POJAZDU GĄSIENICOWEGO

WYZNACZENIE ZASTĘPCZEJ REZYSTANCJI CIEPLNEJ IZOLACJI ŻŁOBKOWEJ - BADANIA I SYMULACJE

ANALIZA WYDAJNOŚCI RÓŻNYCH ROZWIĄZAŃ KONSTRUKCYJNYCH UKŁADU CHŁODZENIA SILNIKA ELEKTRYCZNEGO DO ZABUDOWY W KOLE

Analiza wydajności różnych rozwiązań konstrukcyjnych układu chłodzenia silnika elektrycznego do zabudowy w kole

OBLICZENIA EFEKTYWNOŚCI CHŁODZENIA SILNIKA ELEKTRYCZNEGO

Numeryczna symulacja rozpływu płynu w węźle

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 72/

SCHEMAT CIEPLNY SILNIKA INDUKCYJNEGO KLATKOWEGO MAŁEJ MOCY

OBLICZENIA CIEPLNE WIRUJĄCYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH - PROBLEMY MODELOWANIA

ZJAWISKA CIEPLNE W MODELU MASZYNY SYNCHRONICZNEJ Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

PORÓWNANIE SILNIKA INDUKCYJNEGO ORAZ SYNCHRONICZNEGO Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ROZRUCHEM BEZPOŚREDNIM - BADANIA EKSPERYMENTALNE

UKŁAD CHŁODZENIA I OBLICZENIA CIEPLNE MASZYNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ZEWNĘTRZNYM WIRNIKIEM

ANALIZA PORÓWNAWCZA WYBRANYCH MODELI SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

MODELOWANIE, ANALIZA I WERYFIKACJA ZJAWISK CIEPLNYCH NA PRZYKŁADZIE 3-FAZOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

ANALIZA TERMICZNA OBUDOWY SILNIKA DO ZAKRĘTARKI ELEKTROMECHANICZNEJ

WŁASNOŚCI CIEPLNE PAKIETU BLACH ELEKTROTECHNICZNYCH BADANIA I SYMULACJE

Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka

ANALIZA ROZKŁADU CIŚNIEŃ I PRĘDKOŚCI W PRZEWODZIE O ZMIENNYM PRZEKROJU

WYZNACZENIE ZALECANEGO MINIMALNEGO NATĘŻENIA PRZEPŁYWU CZYNNIKA CHŁODZĄCEGO DLA UKŁADU CHŁODZENIA SILNIKA ELEKTRYCZNEGO DO ZABUDOWY W KOLE

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie Laboratorium z Elektrotechniki z Napędami Elektrycznymi

PRĄDNICE SYNCHRONICZNE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O MAŁEJ ZMIENNOŚCI NAPIĘCIA WYJŚCIOWEGO

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

METODA HOMOGENIZACJI UZWOJEŃ WSYPYWANYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

OBLICZENIA I BADANIA CIEPLNE MASZYNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ZEWNĘTRZNYM WIRNIKIEM

Maszyny Elektryczne - Zeszyty Problemowe Nr 2/2017 (114) 39

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

Silnik tarczowy z wirnikiem wewnętrznym

Detekcja asymetrii szczeliny powietrznej w generatorze ze wzbudzeniem od magnesów trwałych, bazująca na analizie częstotliwościowej prądu

PRZYPADKI KOMPLEKSOWEJ OCENY STANU TECHNICZNEGO IZOLACJI METODAMI PRĄDU STAŁEGO. Artur Polak BOBRME Komel

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

POPRAWA EFEKTYWNOŚCI ENERGETYCZNEJ UKŁADU NAPĘDOWEGO Z SILNIKIEM INDUKCYJNYM ŚREDNIEGO NAPIĘCIA POPRZEZ JEGO ZASILANIE Z PRZEMIENNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

ANALIZA DYNAMICZNA STANÓW CIEPLNYCH W SILNIKACH MAŁEJ MOCY

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO WZBUDZANEGO KONDENSATORAMI OBCIĄŻENIE NIESYMETRYCZNE

LI OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP II Zadanie doświadczalne

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

BADANIA WYSOKOOBROTOWEGO DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

SPOSOBY CHŁODZENIA SILNIKÓW LINIOWYCH DO NAPĘDU PRT

ZWARTE PRĘTY ROZRUCHOWE W SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Diagnostyka silnika indukcyjnego z wykorzystaniem dostępnych napięć stojana

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

APLIKACJA NAPISANA W ŚRODOWISKU LABVIEW SŁUŻĄCA DO WYZNACZANIA WSPÓŁCZYNNIKA UZWOJENIA MASZYNY INDUKCYJNEJ

Metody wyznaczania charakterystyki maksymalnego momentu i maksymalnej. mechanicznej w pracy ciągłej S1 silnika synchronicznego wzbudzanego

Badanie silnika indukcyjnego jednofazowego i transformatora

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

Wyznaczanie strat w uzwojeniu bezrdzeniowych maszyn elektrycznych

WPŁYW METODY DOPASOWANIA NA WYNIKI POMIARÓW PIÓRA ŁOPATKI INFLUENCE OF BEST-FIT METHOD ON RESULTS OF COORDINATE MEASUREMENTS OF TURBINE BLADE

ANALIZA CIEPLNA SILNIKA PMSM ZA POMOCĄ METODY ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH ORAZ SCHEMATÓW CIEPLNYCH

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 80/

WPŁYW MODERNIZACJI WENTYLATORÓW OSIOWYCH NA WZROST MOCY TURBOGENERATORÓW

SPIS TREŚCI PRZEDMOWA WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ 1. PODSTAWOWE INFORMACJE O NAPĘDZIE Z SILNIKAMI BEZSZCZOTKOWYMI 1.1. Zasada działania i

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

Rdzeń stojana umieszcza się w kadłubie maszyny, natomiast rdzeń wirnika w maszynach małej mocy bezpośrednio na wale, a w dużych na piaście.

WSPÓŁCZYNNIK PRZEJMOWANIA CIEPŁA PRZEZ KONWEKCJĘ

Porównanie współczynnika gęstości momentu silnika tarczowego oraz silnika cylindrycznego z magnesami trwałymi

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

Badanie trójfazowych maszyn indukcyjnych: silnik klatkowy, silnik pierścieniowy

ANALIZA WPŁYWU SPOSOBU NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA PRZEBIEGI CZASOWE WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I MECHANICZNYCH W SILNIKU BEZSZCZOTKOWYM

NOWA SERIA WYSOKOSPRAWNYCH DWUBIEGUNOWYCH GENERATORÓW SYNCHRONICZNYCH WZBUDZANYCH MAGNESAMI TRWAŁYMI

Doświadczenia w eksploatacji gazomierzy ultradźwiękowych

ROZRUCH SILNIKÓW SYNCHRONICZNYCH DUŻEJ MOCY PRZY CZĘŚCIOWYM ZASILANIU UZWOJENIA STOJANA

Wyznaczenie parametrów schematu zastępczego transformatora

MODELOWANIE ZJAWISKA MAGNESOWANIA SWOBODNEGO I WYMUSZONEGO W TRANSFORMATORACH TRÓJFAZOWYCH

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

Trójfazowe silniki indukcyjne. serii dskgw do napędu organów urabiających kombajnów górniczych Wkładka katalogowa nr 11a

Wykaz ważniejszych oznaczeń Podstawowe informacje o napędzie z silnikami bezszczotkowymi... 13

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

ANALIZA WYDATNOŚCI UKŁADU CHŁODZENIA KADŁUBA W PROJEKCIE SILNIKA DO NAPĘDU POJAZDU DOSTAWCZEGO O MASIE DO 3,5 T

KONSTRUKCJA BEZSZCZOTKOWEGO SILNIKA DO ZAKRĘTARKI ELEKTROMECHANICZNEJ

Akademia Górniczo- Hutnicza Im. Stanisława Staszica w Krakowie

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

Zakład Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych. Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych. Politechnika Wrocławska

MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA

Modele stosowane w systemach komputerowego wspomagania projektowania silników górniczych

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

PROBLEM DOKŁADNOŚCI BADAŃ CIEPLNYCH MASZYN ELEKTRYCZNYCH Streszczenie

ANALIZA KONSTRUKCJI MODELOWEGO ELEKTROWIBRATORA Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

BEZCZUJNIKOWA DIAGNOSTYKA WIBRACYJNA MASZYN Z MAGNESAMI TRWAŁYMI BAZUJĄCA NA SYGNAŁACH WŁASNYCH

Generator z Magnesami trwałymi niesymetryczny reżim pracy jako źródło drgań w maszynie

BADANIE NOŚNOŚCI POŁĄCZENIA SKURCZOWEGO

Podczas wykonywania analizy w programie COMSOL, wykorzystywane jest poniższe równanie: 1.2. Dane wejściowe.

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

DETEKCJA FAL UDERZENIOWYCH W UKŁADACH ŁOPATKOWYCH CZĘŚCI NISKOPRĘŻNYCH TURBIN PAROWYCH

SILNIK TARCZOWY Z WIRNIKIEM WEWNĘTRZNYM - OBLICZENIA OBWODU ELEKTROMAGNETYCZNEGO

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

ANALIZA ZWARĆ ZWOJOWYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

Transkrypt:

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 121 Bartłomiej Będkowski, Tomasz Jarek Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL, Katowice ANALIZA NUMERYCZNA CFD UKŁADÓW CHŁODZENIA MASZYN ELEKTRYCZNYCH - WERYFIKACJA DOŚWIADCZALNA - CZ. II CFD NUMERICAL ANALYSIS OF THE ELECTRICAL MACHINES' COOLING SYSTEM - EXPERIMENTAL VERIFICATION - PART II Streszczenie: W artykule przedstawiono analizę numeryczną CFD układu chłodzenia kadłuba silnika z chłodzeniem wodnym. Zamodelowano w programie 3D układ chłodzenia maszyny o wzniosie 132 i przeprowadzono symulację numeryczną jego wydajności dla różnych przepływów cieczy i różnych strat. Równocześnie wykonano badania laboratoryjne rzeczywistego kadłuba. Badania przeprowadzono dwoma metodami: za pomocą termopar oraz kamery termowizyjnej. Na ich podstawie zweryfikowano możliwości analizy CFD maszyn chłodzonych cieczą. Abstract: The numerical CFD analysis of the water cooling system of electrical motor' body was presented in the paper. The digital 3D model of the real water cooling system of electrical motor of 132 high was designed. The cooling system's efficiency was calculated. Numerical computation for several fluid volume rates and several core losses were realized. At the same time the laboratory measurements of the real model of electrical motor were carried out. The measurements were conducted by two methods: by thermoelements and thermovision. On the basis of experimental results the capabilities of CFD numerical analysis of electrical motor s water cooling system were verified. Słowa kluczowe: symulacje CFD, chłodzenie wodne, weryfikacja doświadczalna, opór cieplny Keywords: CFD simulation, water cooling, experimental verification, thermal resistance 1. Wstęp Podczas projektowania maszyn elektrycznych dotychczas główny etap stanowiła analiza elektromagnetyczna. Coraz częściej jednak wymaga się od konstruktorów minimalizacji gabarytów wyrobu, zwiększenia sprawności, redukcji kosztów wykonania - prostej technologii oraz stosowania elementów wrażliwych na temperaturę takich jak magnesy trwałe, czujniki prędkości obrotowej, uszczelnienia itd. Taki stan powoduje przeprowadzenie bardzo dokładnych analiz termicznych projektowanych maszyn, urządzeń. Otrzymane wyniki z analizy termicznej mogą również być wykorzystywane w tzw. eksperckich systemach nadzoru maszyn elektrycznych. Obecnie stosowane metody analizy termicznej maszyn elektrycznych można podzielić na dwa rodzaje. Pierwszy to najczęściej i najchętniej stosowana metoda analityczna tzw. Metoda schematów cieplnych, drugi rodzaj to metody numeryczne (FEM i CFD). Istnieje także metoda hybrydowa, stanowiąca połączenie metod analitycznych i obliczeń otrzymanych z wykorzystaniem CFD [1,3]. Analizy, termiczna oparta o metodę elementów skończonych (FEM) oraz analiza przepływu płynów (CFD), wykorzystujące modele 3D wymagają dużej mocy obliczeniowej, natomiast ich dużą zaletą jest to, że możemy analizować urządzenia o niemal dowolnej geometrii i każdym systemie chłodzenia. Ograniczeniem są jedynie możliwości obliczeniowe sprzętu komputerowego. Rys. 1. Kadłub silnika chłodzonego wodą (wznios 132 mm)

122 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) W artykule przedstawiono, weryfikację doświadczalną obliczeń numerycznych CFD wydajności wodnego systemu chłodzenia (Rys. 1). 2. Obliczenia numeryczne CFD 2.1. Model 3D W celu oceny możliwości analizy termicznej, opartej o metodę elementów skończonych, opracowano uproszony model 3D (Rys.2) kadłuba silnika, chłodzonego wodą, o wzniosie 132 (Rys. 1). wartość tzw. oporów termicznych R duży wpływ mają takie czynniki jak stosowana metoda impregnacji, materiały izolacyjne żłobka, sposób wykonania kanału wodnego, czy sposób pasowania stojana w kadłubie (wcisk, pasowanie luźne). Rys. 2. Uproszczony model do obliczeń CFD: 1-spirala chłodząca, 2-kadłub, 3-uzwojenie, 4- pakiet stojana, 5-klin żłobkowy Wszystkie modele i obliczenia wykonano w programach Autodesk Inventor i Simulation. Model 3D (Rys.2) został tak przygotowany, aby uprościć geometrię, która nie ma wpływu na wydajność systemu chłodzenia i stan termiczny maszyny. Zastosowany model cechuje: aluminiowy kadłub (2), zalaną w nim stalową spiralę chłodzącą (1), pakiet stojana (4), uproszony model uzwojenia (3) oraz kliny żłobkowe (5). Dodatkowo model w programie do analizy CFD został uzupełniony o medium chłodzące w spirali oraz powietrze znajdujące się we wnętrzu kadłuba, zamknięte przez pokrywki widoczne na rysunku 5. 2.2. Obliczenia numeryczne CFD Obliczenia numeryczne przeprowadzono zakładając następujące warunki brzegowe: przyjęto konwekcję swobodną na powierzchni kadłuba, o poziomie 3W/m 2 K, przepływ cieczy chłodzącej (woda), zgodnie z badaniami, 1, 2 i 3 l/min, straty cieplne w stojanie 180, 380 i 610W, własności materiałowe odpowiadające parametrom materiałów zastosowanych w obiekcie rzeczywistym. Dodatkowo założono rezystancje termiczne (Rys. 3), oszacowane na podstawie wstępnych badań i założeń konstrukcyjnych. Na Rys. 3. Uproszczony model do obliczeń CFD: R1-rezystancja termiczna (spirala/kadłub), R2- rezystancja termiczna (kadłub/pakiet stojana), R3-rezystancja termiczna(izolacja żłobkowa) Rys. 4. Przykładowy rozkład temperatury otrzymany z symulacji numerycznej CFD Tabela 1. Wyniki symulacji T obl T wlot 17,6 18,4 18,2 17,9 16,1 T wyl 26,0 23,7 20,7 22,1 19,0 T k2 27,8 24,8 21,2 24,7 21,8 T k1 29,8 26,0 21,8 26,3 23,3 T tar 28,1 25,0 21,4 25,2 23,0 T wn 48,8 37,8 27,4 45,6 42,7 T Fe 47,0 36,8 26,9 43,8 40,8 T uzw1 71,2 51,8 34,0 68,2 65,3 T uzw2 72,3 52,5 34,4 69,2 66,3

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 123 Symulacje przeprowadzono dla stanu ustalonego, uwzględniając warunki panujące podczas badań. Wyniki symulacji zestawiono w tabeli 1. 3. Badania laboratoryjne W celu weryfikacji uzyskanych wyników obliczeń komputerowych został wykonany i przystosowany do badań kadłub silnika chłodzonego wodą (Rys. 5). Tarcze łożyskowe zostały zastąpione aluminiowymi pokrywami, obwód chłodzenia maszyny został podłączony do układu umożliwiającego pomiar oraz płynną regulację przepływu wody. Uzwojenie stojana zasilono z sieci trójfazowej o płynnie regulowanym napięciu. Z uwagi na fakt, że badana maszyna była pozbawiona wirnika, napięcie zasilania, przy którym w uzwojeniu płynął znamionowy prąd, miało relatywnie niewielką wartość. Całkowita moc pobierana przez układ była zamieniana na ciepło. Straty mocy w przewodach podłączeniowych zostały wyznaczone (na podstawie znajomości wartości prądu i rezystancji bezpośrednio po próbie nagrzewania) i odjęte od całkowitych, zmierzonych strat mocy. Pomiarów dokonano zarówno dla różnych wartości strat mocy w badanym obiekcie jak także dla różnych wartości przepływu medium chłodzącego (Tab. 2). temperatury powietrza wewnątrz pakietu stojana T wn za pomocą termopar. Na powierzchni kadłuba zostały rozmieszczone dwa punkty pomiarowe T k1 i T k2 oraz jeden w środku pokrywy (od strony zewnętrznej) T tar. Wyniki pomiarów na koniec próby nagrzewania (w momencie braku występowania znaczących zmian temperatur) zostały przedstawione w tabeli 2. Rys. 6. Rozmieszczenie punktów pomiarowych w badanym kadłubie Tabela 2. Wyniki pomiarów T bad T wlot 17,6 18,4 18,2 17,9 16,1 T wyl 25,9 22,6 20,7 22,1 19,6 T k2 28,2 25,3 22,1 24,7 22,4 T k1 29,5 25,5 22,4 26,3 24,3 T tar 30,5 26,5 23,0 25,2 26,0 T wn 53,5 39,4 27,5 45,6 47,2 T Fe 46,6 35,0 26,2 43,8 40,5 T uzw1 68,8 47,6 31,5 68,2 63,7 T uzw2 71,8 49,5 32,1 69,2 66,1 Rys. 5. Kadłub przygotowany do badań W celu wyznaczenia temperatur w wybranych punktach badanego układu rozmieszczono czujniki temperatury z Rys. 6. Pomiaru temperatury wody na wlocie T wlot i wylocie T wyl układu chłodzenia dokonano termoparami umieszczonymi wewnątrz króćców. Wewnątrz kadłuba dokonano pomiarów temperatur czół uzwojeń T uzw1 i T uzw2, temperatury pakietu stojana T Fe oraz Bezpośrednio po każdym nagrzewaniu, po zdjęciu jednej z pokryw, dokonywano zdjęcia kamerą termowizyjną. Przykładowy termogram przedstawiono na Rys. 7. Podczas pomiarów szczególną uwagę należy zwrócić na odpowiedni dobór współczynnika emisyjności powierzchni badanego obiektu [4].

124 Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) Rys. 7. Termogram obiektu na koniec nagrzewania 4. Porównanie Wyniki symulacji numerycznych CFD i pomiarów przedstawiono w tabeli 3. Można zauważyć, że charakter rozkładu temperatury jest zbliżony do wartości obliczeniowych, co potwierdza słuszność przyjętego modelu obliczeniowego i warunków brzegowych. Maksymalna różnica między wynikami symulacji, a pomiarami nie przekracza 10% i to w zasadzie tylko w paru przypadkach, większość wyników symulacji nie odbiega od badań więcej niż 5%. Symulacje numeryczne mogą stanowić doskonałą metodę do wstępnej oceny wydajności nowo projektowanych systemów chłodzenia, jak i określenia wydajności istniejących, gdy pomiary są niemożliwe do wykonania lub nieuzasadnione ekonomicznie. Tabela 3. Zestawienie wyników T obl T bad Błąd T obl T bad Błąd T obl T bad Błąd T obl T bad Błąd T obl T bad Błąd % % % % % T wlot 17,6 17,6 0,0 18,4 18,4 0,0 18,2 18,2 0,0 17,9 17,9 0,0 16,1 16,1 0,0 T wyl 26,0 25,9 0,4 23,7 22,6 4,9 20,7 20,7 0,0 22,1 21,2 4,2 19,0 19,6 3,1 T k2 27,8 28,2 1,4 24,8 25,3 2,0 21,2 22,1 4,1 24,7 23,7 4,2 21,8 22,4 2,7 T k1 29,8 29,5 1,0 26,0 25,5 2,0 21,8 22,4 2,7 26,3 25,5 3,1 23,3 24,3 4,1 T tar 28,1 30,5 7,9 25,0 26,5 5,7 21,4 23,0 7,0 25,2 27,3 7,7 23,0 26,0 7,5 T wn 48,8 53,5 8,8 37,8 39,4 4,1 27,4 27,5 0,4 45,6 48,3 5,6 42,7 47,2 9,5 T Fe 47,0 46,6 0,9 36,8 35,0 5,1 26,9 26,2 2,7 43,8 42,4 3,3 40,8 40,5 0,7 T uzw1 71,2 68,8 3,5 51,8 47,6 8,8 34,0 31,5 7,9 68,2 63,5 7,4 65,3 63,7 2,5 T uzw2 72,3 71,8 0,7 52,5 49,5 6,1 34,4 32,1 7,2 69,2 66,0 4,8 66,3 66,1 0,3 5. Podsumowanie Oprogramowanie oparte o metodę elementów skończonych pozwala na analizę układów chłodzenia maszyn elektrycznych w szerokim zakresie. Pozwala, w oparciu o posiadane modele 3D, na wyznaczenie wydajności różnych układów chłodzenia zarówno powietrznych [2] jak i wodnych. Obliczenia wydajności powietrznego układu chłodzenia są numerycznie czasochłonne a otrzymane wyniki w porównaniu do badań laboratoryjnych mogą różnic się do 15% [2]. W przypadku systemów chłodzenia wodnego obliczenia zajmują dużo mniej czasu i są dokładniejsze, choć otrzymane wyniki zależą w dużej mierze od warunków brzegowych przyjętych w modelu numerycznym (rezystancja termiczna między uzwojeniem a pakietem stojana, między pakietem a kadłubem, czy zalaną w kadłubie spirala chłodzącą. Przy odpowiednich warunkach brzegowych zbieżność wyników z badaniami laboratoryjnymi w tym przypadku może być bardzo duża. Dla opracowania dokładnych modeli obliczeniowych niezbędne jest zatem przeprowadzenie badań mających na celu określenie poszczególnych rezystancji termicznych między połączeniami elementów maszyn elektrycznych, które w znacznej mierze zależą od technologii produkcji. Symulacje oraz badania pokazały również, że na maksymalną temperaturę uzyskiwane w maszynie elektrycznej duży wpływ mają wartości rezystancji termicznych, a nie tylko parametry eksploatacyjne układu chłodzenia takie jak przepływ, czy temperatura medium chłodzącego. Wyniki symulacji mogą stanowić doskonałe źródło informacji w opracowaniu ekspertyz, doboru odpowiednich parametrów systemów chłodzenia, oceny wpływu warunków eksploatacyjnych na stan termiczny maszyn i w wielu innych przypadkach.

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 2/2014 (102) 125 6. Literatura [1]. Będkowski B., Madej J.: Możliwości metod 3D FEM i CFD w analizie systemów chłodzenia maszyn elektrycznych - część wstępna. Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne, BOBRME Komel, No. 3(2012), 139-143. [2]. Będkowski B., Jarek T.: Analiza numeryczna CFD układów chłodzenia maszyn elektrycznych - weryfikacja doświadczalna- część I. Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, BOBRME Komel No. 1/2013(98), 247-250. [3]. Boglietti A., Cavagnino A., Staton D., Shanel M., Mueller M., Mejut.: Evolution and Modern Approaches for Thermal Analysis of Electrical Machine. IEEE Trans. Ind. Electron., Vol. 56, No. 3(2009), 871-882. [4]. Polak A., Barański M.: Termograficzne badania maszyn elektrycznych na co należy zwrócić szczególną. Zeszyty Problemowe - Maszyny Elektryczne, BOBRME Komel Nr 76/2007, 133-136. Autorzy mgr inż. Bartłomiej Będkowski Praca w KOMEL-u od 2011r, projektowanie i konstrukcja maszyn elektrycznych, w tym z magnesami trwałymi. Konstruktor. b.bedkowski@komel.katowice.pl Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL al. Roździeńskiego 188 40-203 Katowice mgr inż. Tomasz Jarek Praca w KOMEL-u od 2012 roku, prowadzenie badań maszyn i urządzeń elektrycznych. Pomiarowiec. t.jarek@komel.katowice.pl Instytut Napędów i Maszyn Elektrycznych KOMEL al. Roździeńskiego 188 40-203 Katowice